payanneme

٢‐١‐ مقدمه ............................................................................................................................................ ۵
٢‐٢‐ مروری بر روشهای شناسایی اغتشاشات کیفیت توان ................................................................... ۵
٢‐٣‐ مروری بر روشهای شناسایی خطای امپدانس بالا......................................................................... ٩
فصل سوم: پدیده فرورزونانس.................................................................................................... ١۵
٣‐١‐ مقدمه ............................................................................................................................................ ١۶
٣‐٢‐ تاریخچه فرورزونانس................................................................................................................... ١٧
٣‐٣‐ موارد وقوع فرورزونانس در سیستم های قدرت ......................................................................... ۷۱
٣‐۴ ‐ شروع فرورزونانس...................................................................................................................... ١٨
٣‐۴‐١‐ شرایط ادامه یافتن فرورزونانس ......................................................................................... ١٨
٣‐۵‐ اثرات نامطلوب فرورزونانس ........................................................................................................ ١٩
٣‐۶‐ مبانی پدیده فرورزونانس ............................................................................................................. ٢٠
٣‐٧‐فرورزونانس در ترانسفورماتورهای توزیع ..................................................................................... ٢٢
٣‐٧‐١‐ فرورزونانس پایدار .............................................................................................................. ٢٣
٣‐٧‐٢‐ فرورزونانس ناپایدار............................................................................................................ ٢٣
٣‐٨‐ تاثیر نوع سیم بندی ترانسفورماتورها............................................................................................ ٢۴
٣‐٩‐ تاثیر بار بر اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس....................................................................................... ٢۴
٣‐١٠‐ طبقه بندی مدلهای فرورزونانس ................................................................................................ ٢۵
٣‐١١‐ شناسایی فرورزونانس................................................................................................................. ٢۵
فصل چهارم: مبانی علمی روشهای پیشنهادی...............................................................................٢٧
۴‐١‐ از تبدیل فوریه تا تبدیل موجک.................................................................................................... ٢٨
۴‐٢‐ سه نوع تبدیل موجک................................................................................................................... ٣٣
۴‐٢‐١‐تبدیل موجک پیوسته............................................................................................................ ٣٣
۴‐٢‐٢‐ تبدیل موجک نیمه گسسته.................................................................................................. ٣۵
۴‐٣‐ انتخاب نوع تبدیل موجک......................................................................................................... ۷۳
۴‐۴‐ آنالیز مالتی رزولوشن و الگریتم DWT سریع ........................................................................... ۷۳
۴‐۴‐١‐ آنالیز مالتی رزولوشن ....................................................................................................... ٣٧
۴‐۵‐ زبان پردازش سیگنالی ............................................................................................................... ۴٠
۴‐۶‐ شبکه عصبی .............................................................................................................................. ۴۵
۴‐۶‐١‐ مقدمه .................................................................................................................................. ۴۵
۴‐۶‐٢‐ یادگیری رقابتی................................................................................................................. ۴۶


۴‐۶‐٢‐١‐روش یادگیری کوهنن ................................................................................................. ۴٧
۴‐۶‐٢‐٢‐ روش یادگیری بایاس .................................................................................................. ۴٨
۴‐٧‐ نگاشت های خود سازمانده ..................................................................................................... ۵٠
۴‐٨‐ شبکه یادگیری کوانتیزه کننده برداری ...................................................................................... ۵٢
۴‐٨‐١‐ روش یادگیری ................................................................................................... LVQ1 ۵٣
۴‐٨‐٢‐ روش یادگیری تکمیلی..................................................................................................... ۵۵
۴‐٩‐ مقایسه شبکه های رقابتی ........................................................................................................ ۵۵
فصل پنجم: جمعآوری اطلاعات ................................................................................................ ۵٧
۵‐١‐ نحوه بدست آوردن سیگنالها......................................................................................................... ۵٨
۵ ‐١‐١‐ بدست آوردن سیگنالهای فرورزونانس................................................................................. ۵٨
۵‐١‐٢‐ انواع کلیدزنیها و انواع سیم بندی در ترانسفورماتورها............................................................. ۵٩
۵ ‐١‐٣‐ اثر بار بر فرورزونانس .......................................................................................................... ۶۴
۵ ‐١‐۴‐ اثر طول خط......................................................................................................................... ۶۵
۵‐١‐۵‐ بدست آوردن سیگنالهای سایر حالات گذرا............................................................................. ۶۶
فصل ششم: پیاده سازی الگوریتم و نتایج شبیه سازی .............................................................. ٧۴
۶‐١‐ مقدمه ........................................................................................................................................ ٧۵
۶‐٢‐ تعیین کلاسها و تعداد الگوهای هر کلاس ................................................................................ ٧۵
۶‐٣‐ اعمال تبدیل موجک و استخراج ویژگیها ................................................................................. ٧۵
۶‐۴‐ پیاده سازی الگوریتم با استفاده از شبکه عصبی ................................................................LVQ ٨١
۶‐۵‐ پیاده سازی الگوریتم با استفاده از شبکه عصبی رقابتی.............................................................. ٨٨
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات........................................................................................ ٩۵
٧‐١‐ نتیجه گیری................................................................................................................................ ٩۶
٧‐٢‐ پیشنهادات ................................................................................................................................. ٩٨
فهرست منابع........................................................................................................................... ١٠٠
فهرست جدولها عنوان صفحه
جدول ۵‐۲. اطلاعات بارها ................................................................................................ ........................ ۹۵
جدول۵‐۳.مشخصات ترانسفورماتورها ....................................................................................................... ۹۵
جدول۶‐۱ در صد تشخیص شبکه LVQ با موجک ............................................................................ Db ۴۸
جدول ۶‐۲ در صد تشخیص شبکه LVQ با موجک ....................................................................... dmey ۴۸
جدول ۶‐۳ در صد تشخیص شبکه LVQ با موجک ....................................................................... haar ۵۸
جدول۶‐۴ در صد تشخیص شبکه رقابتی با موجک ............................................................................ Db ۱۹
جدول ۶‐۵ در صد تشخیص شبکه رقابتی با موجک ..................................................................... dmey ۱۹
جدول ۶‐۶ در صد تشخیص شبکه رقابتی با موجک ....................................................................... haar ۲۹
فهرست شکلها عنوان صفحه
۱‐۳. مدار معادل پدیده فرورزونانس............................................................................................................ ۰۲
۲‐۳ حل ترسیمی مدار LC غیر خطی.......................................................................................................... ۱۲
۴‐۱ نمایش پهن و باریک پنجرهای طرح زمان‐ فرکانس............................................................................. ۹۲
۴‐۲‐ چند خانواده مختلف ازتبدیل موجک. ................................................................................................ ۱۳
۴‐۳‐ دو عمل اساسی موجک‐ مقیاس و انتقال ‐ برای پر کردن سطح نمودار مقیاس زمان....................... ۳۳
۴‐۴‐ تشریح CWT طبق معادله۴ ................................................................................................................ ۴۳
۴‐۵ مثالی از آنالیزموجک پیوسته. در بالا سیگنال مورد نظر نمایش داده شده است. ............................... ۵۳
۴‐۶ طرح الگوریتم کد کردن زیر باند ......................................................................................................... ۱۴
۴‐۷ نمایش تجزیه توسط موجک................................................................................................................. ۳۴
۴‐۸ مثالیاز تجزیه .DWT سیگنال اصلی، سیگنال تقریب (AP) وسیگنالهای جزئیات CD1) تا ..................................................................................................................................................... (CD6 ۴۴
۴‐۹ معماری شبکه رقابتی............................................................................................................................ ۶۴
۴‐ ۰۱نمایش همسایگی................................................................................................................................ ۱۵
۴‐۱۱ معماری شبکه ......................................................................................................................... LVQ ۲۵
۵‐۱. فیدر .......................................................................................................................................... 20kV ۸۵
۵‐۲ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۹۵
۵‐۳ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۹۵
۵‐۴ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۵ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۶ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۷ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۸ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۱۶
۵‐۹ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۱۶
۵‐۰۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۱۶
۵‐۱۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز........................................................................................ ۱۶
۵‐۲۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۲۶
۵‐۳۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز........................................................................................ ۲۶
۵‐۴۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۲۶
۵‐۵۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز ................................................................................... ۲۶
۵‐۶۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۳۶
۵‐۷۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز........................................................................................ ۳۶
۵‐۸۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر افزایش بار................................................................................................ ...۴۶
۵‐۹۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر قطع تعدادی از بارها ................................ ...................................................۶۴
۵‐۰۲ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس با کاهش طول خط................................ ......................................................۶۵
۵‐۱۲.ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس با افزایش طول خط................................ .....................................................۵۶
۵‐۲۲.پیکربندی فازها و اطلاعات مکانیکی................................................................ .................................۷۶
۵‐٢٣مدل فرکانسی بار CIGRE در ................................................................ EMTP ...............................۷۶
۵‐٢۴یک نمونه از منحنی مغناطیس شوندگی ترانسفورماتورها................................ ....................................٧٠
۵‐۵۲ . سه نمونه از سیگنالهای کلیدزنی خازنی................................................................ ...........................۰۷
۵‐۶۲. سه نمونه از سیگنالهای کلیدزنی بار ................................................................ ..................................۱۷
۵‐۷۲. سه نمونه از سیگنالهای کلیدزنی ترانسفورماتور ................................ ...............................................۱۷
۶ ‐۸ یک الگوی فرورزونانس، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1 تا (CD6 با
استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Daubechies ....................................۸۷
۶‐۹. یک الگوی کلیدزنی خازنی، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Daubechies .................................۸۷
۶‐۰۱ یک الگوی کلیدزنی بار، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................Daubechies .................................................۸۷
۶‐۱۱یک الگوی کلیدزنی ترانسفورماتور، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا
(CD6 با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Daubechies .....................۸۷
۶‐۲۱یک الگوی فرورزونانس، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................................................ Haar .............................۹۷
۶‐۳۱. یک الگوی کلیدزنی خازنی، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6 با
استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Haar .................................................۹۷
۶‐۴۱ یک الگوی کلیدزنی بار، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده از
تبدیل موجک ................................................................................................ Haar .................................۹۷
۶‐۵۱یک الگوی کلیدزنی ترانسفورماتور، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Haar .............................................۹۷
۶‐۶۱یک الگوی فرورزونانس، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................................................DMeyer ........................۰۸
۶‐۷۱یک الگوی کلیدزنی خازنی، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6 با
استفاده از تبدیل موجک ................................................................ DMeyer ...........................................۰۸
۶‐۸۱ یک الگوی کلیدزنی بار، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................................................DMeyer ........................۰۸
۶‐۹۱یک الگوی کلیدزنی ترانسفورماتور، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ DMeyer ........................................۰۸
۶‐۰۲ الگوریتم ارائه شده ................................................................................................ ............................۱۸
۶‐۱۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از جریان فاز دوم سیگنالها......................................................................۶۸
۶‐۲۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از ولتاﮊ فاز سوم سیگنالها........................................................................۶۸
۶‐۳۲ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک
Daubechies1 بر روی جریان فاز دوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده...........................................۷۸
۶‐۴۲‐ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک
Daubechies2بر روی ولتاﮊ فازسوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده..............................................۷۸
۶‐۵۲‐ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک 1
Daubechies بر روی جریان فاز دوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده. ............................................۲۹
۶‐۶۲‐ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک
Daubechies2 بر روی ولتاﮊ فازسوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده ............................................۳۹
۶‐۷۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از ولتاﮊ فاز سوم سیگنالها ......................................................................۳۹
۶‐۸۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از جریان فازدوم سیگنالها ......................................................................۴۹
چکیده
یکــی از عوامــل ســوختن و خرابــی ترانــسفورماتورها در سیــستم هــای قــدرت، وقــوع پدیــده
فرورزونانس است. با توجه به اثرات مخرب این پدیده، تشخیص آن از سایر پدیده هـای گـذرا از
اهمیت ویژه ای برخوردار است که در این پایان نامه کارکرد دو شـبکه عـصبی یـادگیری کـوانتیزه
کننده برداری((LVQ١ و شبکه عصبی رقابتی در دسته بندی دو دسته سیگنال کـه دسـته اول شـامل
انواع فرورزونانس و دسته دوم شامل انواع کلیدزنی خازنی، کلیدزنی بار، کلیـدزنی ترانـسفورماتور
می باشد، با استفاده از ویژگیهای استخراج شده توسط تبدیل موجک٢ خانواده Daubechies تا شش
سطح مورد بررسی قرار گرفته است. نقش شبکه های عصبی مذکور بعنـوان طبقـه بنـدی کننـده،
جدا سازی پدیده فرورزونانس از سایر پدیده های گذرا است. سیگنالهای مذکور بـا شـبیه سـازی
توسط نرم افزار EMTP بر روی یک فیدر توزیع واقعی بدست آمده اند. بـرای اسـتخراج ویژگیهـا،
کلیه موجکهای موجود در جعبه ابزار Wavelet نرم افزار MATLAB بررسی شده اسـت کـه تبـدیل
موجک خانواده Daubechies بعنوان مناسبترین موجک تشخیص داده شد. به منظـور اسـتخراج هـر
چه بهتر ویژگیها سیگنالها، الگوها نرمالیزه (مقیاسبنـدی) شـدهانـد سـپس انـرﮊی شـش سـیگنال
جزئیات حاصل از اعمال تبدیل موجک به عنوان ویژگیهای استخراج شده از الگوها، برای آموزش
و امتحان دو شبکه عصبی مذکور بکار رفتهاست. به کمک این الگوریتم تفسیر برخـی از رخـدادها
که احتمال بروز پدیده فرورزونانس در آنها وجود دارد قابل انجام بوده، همچنین میتوان نسبت بـه
ساخت رله هایی برای مقابله با پدیده فرورزونانس کمک نماید. عناوین روشهای ارایه شده در این
پایان نامه به شرح زیر میباشند:

1 -Learning Vector Quantizer (LVQ)
2- Wavelet Transform
١) شناسایی فرورزونانس با استفاده از تبدیل موجک و شبکه عصبی LVQ
٢) شناسایی فرورزونانس با استفاده از تبدیل موجک و شبکه عصبی رقابتی
نتایج حاصل از این روشها بیانگر موفقیت بسیار هر دو روش در شناسـایی فرورزونـانس از سـایر
پدیده های گذرا می باشد.
کلید واﮊه: شبکه عصبی LVQ، شبکه عصبی رقابتی، تبدیل موجک، پدیده فرورزونانس, نـرم
افزار EMTP ، نرم افزار MATLAB

١
مقدمه
امروزه انرﮊی الکتریکی نقش عمدهای در زمینههای مختلف جوامـع بـشری ایفـا مـیکنـد و جـزﺀ
لاینفک زندگی است. بدیهی است که مانند سایر خـدمات اندیـسها و معیارهـایی جهـت ارزیـابی
کیفیت برق تولید شده مورد توجه قرار گیرد. اما ارزیابی میزان کیفیت برق از دید افراد مختلـف و
در سطوح مختلف سیستم قدرت بکلی متفاوت است. به عنوان مثال شرکتهای توزیع، کیفیت بـرق
مناسب را به قابلیت اطمینان سیستم برقرسانی نسبت میدهنـد و بـا ارائـه آمـار و ارقـام قابلیـت
اطمینان یک فیدر را مثلاﹰ ٩٩% ارزیابی میکنند سازندگان تجهیـزات الکتریکـی بـرق بـا کیفیـت را
ولتاﮊی میدانند که در آن تجهیزات الکتریکی به درسـتی و بـا رانـدمان مطلـوب کـار مـیکننـد و
بنابراین از دید سازندگان آن تجهیزات، مشخصات مطلوب ولتاﮊ شبکه بکلی متفاوت خواهد بـود.
اما آنچه که مسلم است آنست که موضوع کیفیت برق، نهایتـاﹰ بـه مـشترکین و مـصرف کننـدگان
مربوط میشود و بنابراین، تعریف مصرفکنندگان اهمیت بیشتری دارد.
بروز هر گونه اشکال یا اغتشاش در ولتاﮊ، جریان یا فرکانس سیستم قدرت کـه باعـث خرابـی یـا
عدم عملکرد صحیح تجهیزات الکتریکی مشترکین گردد به عنوان یک مشکل در کیفیت برق، تلقی
میگردد.
واضح است که این تعریف نیز از دید مشترکین مختلـف، معـانی متفـاوتی خواهـد داشـت. بـرای
مشترکی که از برق برای گرم کردن بخاری استفاده میکند، وجود هارمونیکها در ولتاﮊ یا انحراف
فرکانس از مقدار نامی هیچ اهمیتی ندارد، در حـالی کـه تغییـر انـدکی در فرکـانس شـبکه، بـرای
مشترکی که فرکانس برق شهر را به عنوان مبنای زمانبندی تجهیزات کنترلی یک سیـستم بـه کـار
گرفته است،میتواند به طور کلی مخرب باشد.
٢
یکی از مواردی که بعنوان یک مشکل در کیفیت برق تلقی می گردد، پدیده فرورزونانس است. در
اثر وقوع این پدیده و اضافه ولتاﮊ و جریان ناشی از آن، موجب داغ شدن و خرابی
ترانسفورماتورهای اندازه گیری و ترانسفورماتور های قدرت می گردد که میتوانند بر حسب
شرایط اولیه، ولتاﮊ و فرکانس تحریک و مقادیر مختلف پارامترهای مدار (کاپاسیتانس وشکل
منحنی مغناطیسی)، مقادیر متفاوتی پیدا کنند، بنابراین بایستی محدودیت هایی بر پارامترهای
سیستم اعمال کرد تا از وقوع چنین پدیده ناخواسته جلوگیری نمود.
با توجه به اهمیت شناسایی پدیده فرورزونانس از سایر حالتهای گذرا دراین پایان نامه تلاش شد
تا سیستمی هوشمند جهت تشخیص این پدیده از سایر حالتهای گذرای کلیدزنی ارائه گردد. در
طراحی این سیستم هوشمند اولاﹰ از جدیدترین روش های تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنالهای
الکتریکی برای پردازش دادهها استفاده گردید. ثانیاﹰ از طبقهبندی کنندههای پیشرفته با توانایی بالا
در دستهبندی دادهها بهره گرفته شد. به منظور مقایسه نتایج حاصل از فرورزونانس با سایر
سیگنالهای گذرای شبکه توزیع، تعدادی از حالتهای گذرا نظیر کلیدزنی بار، کلیدزنی خازنی و
کلید زنی ترانسفورماتور توسط نرم افزار EMTP بر روی یک فیدر توزیع واقعی شبیه سازی شد.
در فصل دوم به مروری بر کارهای انجام شده در زمینه پـردازش سـیگنال در سیـستمهای قـدرت
پرداخته، در فصل سوم به معرفی پدیده فرورزونانس خـواهیم پرداخـت. در فـصل چهـارم مبـانی
علمی روشهای پیشنهادی، در فصل پنجم نحوه جمع آوری اطلاعات و سیگنالها بررسی مـی شـود
و درفصل ششم نحوه پیاده سازی روشهای پیشنهادی بررسی مـی شـود و نهایتـا نتیجـه گیـری و
پیشنهادات پایان بخش مطالب خواهند بود.
٣

۴
۲‐۱‐ مقدمه
با دستهبندی دقیق مسائل، همچنین میتوان منابع تولید هر دسته از مشکلات را نیز شناسـایی و در
دستهبندی فوق جـای داد. بـه ایـن ترتیـب پـس از شناسـایی نـوع اغتـشاش از روی پارامترهـای
اندازهگیری شده اقدام برای بهبود کیفیت برق نیز تا حدودی آسانتر خواهد شد. در ضمن میتـوان
اغتشاشهای بوجود آمده در هر دسته را با اندیسها و مشخصههای مربوط به خودش تعریف کرد و
بنابراین توصیف کاملی از انحرافات بوجود آمده در شکل مـوج ولتـاﮊ نـسبت بـه حالـت ایـدهآل
بدست آورد.
به منظور تشخیص پدیده های تصادفی در سیستم های قدرت, سـیگنالهای مختلفـی مـورد توجـه
قرار گرفته اند. از این سیگنالها می توان به سیگنالهای کیفیت توان و سـیگنالهای خطـای امپـدانس
بالا و سیگنالهای فرورزونانس اشاره کرد که در ادامه مـروری بـر روشـهای شناسـایی سـیگنالهای
کیفیت توان و سیگنالهای خطای امپدانس بالا شده است. لازم به ذکر است با توجـه بـه اینکـه در
زمینه شناسایی سیگنالهای فرورزونانس از سایر سیگنالهای گذرا، مقالـه یـا کـار تحقیقـاتی وجـود
ندارد در این پایان نامه روشهای شناسایی این پدیده بررسی شده است.
٢‐٢‐ مروری بر روشهای شناسایی اغتشاشات کیفیت توان
در این بخش قبل از بررسی کامل روشهای گوناگون شناسایی اغتشاشات کیفیت توان لازم دیـدیم
که با توجه به کاربرد وسیع روشهای پردازش سیگنال در بحث کیفیت توان نکات چندی را خـاطر
نشان سازیم. در وهله اول، با توجه به توضیحات قسمت قبل، لزوم جداسازی اغتشاشات و تعیـین
نوع آنها هرچه بیشتر اهمیت مییابد. در ضمن با مرور کارهـای گذشـته و انجـام شـده در بحـث
کیفیت توان روشهای مختلف پردازش سیگنال به صورت عمده در سه بخش زیـر مـورد اسـتفاده
۵
قرار گرفتهاند:
١‐ کاربرد پردازش سیگنال و تکنیکهای آن در فشردهسازی اطلاعات و شکل موجهـا و کـاربرد
آن در کیفیت توان
٢‐ استفاده از تکنیکهای مختلف پردازش سیگنال و سیستمهای خبره در جداسازی اغتشاشات
٣‐ استفاده از تکنیکهای مختلف پردازش سیگنال در تشخیص نوع اغتشاش بوجود آمده
١. سیستمهای هوشمند در طبقهبندی اغتشاشات
در این قسمت تشخیص دو موضوع عمده ضروری است. اول آنکه کدام یک از روشهای پردازش
سیگنال اعم از تبدیل فوریه، موجک و … جهت تجزیه و تحلیل و استخراج ویژگیهای مربوط بـه
هر یک از اغتشاشات به کار گرفته شدهاند و در مرحله دوم دستهبندی کننده موردنظر جـزﺀ کـدام
یک از سیستمهای هوشمند مانند شبکههای عصبی، فازی و … بوده است.
الف) تکنیک مورد استفاده در پردازش شکل موجهای مربوط به اغتشاشات
تکنیکهای مورد استفاده در طبقهبندی اغتشاشات کیفیت توان در چهار دسته زیر قرار می گیرند:
۱. تکنیکهای مطرح شده با استفاده از تبدیل فوریه (FFT, STFT)
٢. تکنیکهای مطرح شده با استفاده از تبدیل موجک (DWT, CWT)
۳. تکنیکهای ترکیبی
۴. تکنیکهای نوین مطرح شده در حوزه پردازش سیگنال
اگر قرار باشد به سراغ کارهای قدیمی در حوزه پردازش سیگنال بـرویم آنگـاه تبـدیل فوریـه بـه
عنوان یک ابزار قوی در این زمینه مطرح میگردد. تبدیل فوریه سریع و تبدیل فوریه زمان کوتاه از
جمله تکنیکهایی هستند که در این قسمت مورد استفاده قرار گرفتهاند] ۱.[
ابزار جدید مطرح شده در حوزه پردازش سـیگنال تبـدیل موجـک مـیباشـد. بـا توجـه بـه آنکـه
۶
تکنیکهای گسسته پردازش سیگنال امروزه فراگیر شدهاند، اکثریت قریب به اتفـاق کارهـای انجـام
شده با استفاده از تبدیل موجک به DWT یا همان تبدیل موجک گسسته برمیگـردد. نمونـه هـای
فراوانی از کاربردهای این تبدیل را در کارهای قبلی می توان مشاهده کرد]۲.[
عدهای از محققان روشهای ترکیبی را جهت استخراج ویژگیهایی اغتـشاشات بـه کـار بـردهانـد. از
جمله این روشها میتوان به ترکیب تبدیل فوریه و تبدیل والش در ]۳[ و ترکیب تبـدیل فوریـه و
موجک در ]۴[ اشاره کرد. از طرفی با پیشرفتهای بدست آمده در حوزه پردازش سـیگنال مـیتـوان
نمونههایی از به کارگیری تبدیلهای جدید مانند S Transform را در بحث طبقهبنـدی اغتـشاشات
درمراجع یافت] ۵.[
آنچه که در تمامی این تحقیقات بیش از همه به چشم می آید عدم وجود یک شـبکه واقعـی اسـت
که نتایج این روشها را همچنان در هالهای از ابهام نگه میدارد.
ب) سیستمهای خبره به کار گرفته شده
تحت عنوان طبقهبندی کننده اغتشاشات کیفیت توان قبل از بـه کـارگیری یـک سیـستم هوشـمند
جهت تشخیص اغتشاشات موردنظر در یک بازه زمانی خاص لازم است ویژگیهایی جهت هر یک
از اغتشاشات استخراج شود. این ویژگیها میتوانند مجموع ضرایب، مجمـوع قـدرمطلق ضـرایب،
ماکزیمم ضرایب، انحراف معیار ضرایب یا هرچیز دیگـر باشـند. در ادامـه ضـمن معرفـی سیـستم
هوشمند در هر تحقیق ویژگیهای استفاده شده در آن تحقیق را بررسی می کنیم.
شبکه های موجک: شبکههای موجک نوع خاصی از شبکههای عصبی مـیباشـند کـه در آنهـا توابع متداول شبکه های عصبی با توابع موجک مادر جایگزین مـیشـوند. ایـن شـبکههـا بـه خصوص در سالهای اخیر توانایی خاصی از خود در تقریب توابع نشان دادهاند. این شـبکههـا به همراه دوره اغتشاشی سیگنال جهت طبقـهبنـدی اغتـشاشات کیفیـت تـوان بـه کـار گرفتـه
٧
شدهاند]۶.[
شبکه های عصبی: شبکههای عصبی مورد اسـتفاده در طبقـهبنـدی اغتـشاشات بیـشتر از نـوع شبکههای عصبی چند لایه پرسپترون یا همان MLP بوده، البته کارهایی از شبکههـای عـصبی احتمالی (PNN) و شبکههای عصبی خودسازمانده تطبیقی را در این بحث مـیتـوان مـشاهده کرد. ویژگیهای موردنظر جهت آموزش این شبکهها مشتمل بر انحراف معیار ضـرایب، انـرﮊی سیگنال در سطوح مختلف فرکانسی، ماکزیمم ضرایب سیگنالها در سطوح مختلف فرکانسی، متوسط و واریانس آنها و مینیمم آنها بوده اند]۷.[
منطق فازی: در استفاده از منطق فازی، تحقیقات انجام شده براساس قوانین – مبتنی بر ویژگیهای استخراج شده استوار بوده است. به عنوان مثال انرﮊی سیگنال در سطوح مختلف فرکانسی یک بردار ویژگی میسازد که مولفههای این بردار بسته به نوع اغتشاش دارای شدت یا ضعف خواهند بود. این شدت یا ضعف انرﮊی سـیگنال در سـطوح مختلـف فرکانـسی بـه همراه استنتاج فازی سیستم هوشمندی را میسازد که توانایی آن در دستهبندی اغتشاشات قابل ملاحظه است]۸.[
مدل مخفی مارکوف: این مدل که براساس نظریه مارکوف و نظریه احتمالات بنا نهـاده شـده است و در سالهای اخیر با منطق فازی نیز ترکیب شده علـیرغـم داشـتن توانـایی مناسـب در بحث طبقهبندی از پیچیدگیهای خاصی برخوردار است]۹.[
درخت تصمیمگیری: درخت تصمیمگیری از مباحـث مطـرح شـده در Machine Learning میباشد. این دستهبندی کننده به همراه ویژگیهای استخراج شده از تبـدیل موجـک بـه عنـوان یک دستهبندی کننده توانمند در حوزه کیفیت توان مطرح شده است]۰۱.[
٨
فیلتر کالمن: فیلتر کالمن بویژه فیلتر کالمن غیرخطی در سالهای اخیر به عنوان یک ابزار قـوی جهت تجزیه و تحلیل سیگنالهای مختلف به کار گرفته شده است. اگر شکل موج اغتشاشی به عنوان ورودی این فیلتر به کار رود. خروجی فیلتر مـیتوانـد نـوع اغتـشاش بوجـود آمـده را شناسایی کند]۱۱.[
٢‐٣‐ مروری بر روشهای شناسایی خطای امپدانس بالا
این روشها مبتنی بر تجزیه و تحلیل ولتاﮊها و جریانهای ابتدای فیـدر مـی باشـند و در یـک طبقـه
بندی کلی به چهار گروه تقسیم می شوند.
١. روشهای ارائه شده در حوزه زمان
٢. روشهای ارائه شده در حوزه فرکانس
٣. روشهای ارائه شده در حوزه زمان‐ فرکانس
١. روشهای ارائه شده در حوزه زمان:
این روشها بر اساس اطلاعات زمانی سیگنالها اقدام به شناسایی خطاهای امپدانس بالا مـی نماینـد
تعدادی از آنها عبارتند از:
الف) الگوریتم رله تناسبی
برای سیستمهایی که در چند نقطه زمین شده اند زاویه و دامنه جریان عدم تعـادل بـار( ( IO ثابـت
نیستند و جریان خطا نیز متغیر است. در نتیجه رله های اضافه جریان را نمی توان حساس ساخت.
٩
اگر رله ای بتواند فقط جریان خطا را حس کند، حساسیت آن بالا مـی رود. در رلـه پیـشنهادی بـا
توجه به سهولت اندازه گیری جریان عـدم تعـادل بـار( IO )، جریـان سیـستم نـول( I N )، جریـان
خطا( ( It طبق رابطه ١‐٢ محاسبه و موجب عملکرد رله می گـردد]۲۱.[
(۱‐۲)
It  K1 IO  K2 I N
که در آن IO و I N به ترتیب جریان عدم تعادل بار و جریان سیم نـول و K1 و K2 ثابـت مـی
باشند.
ب) الگوریتم رله نسبت به زمین
این رله به خاطر غلبه بر اثر تغییرات بار بر روی حساسیت رله هـای اضـافه جریـان سـاخته شـده
است و گشتاور عملکرد آن بطور اتوماتیک بار تغییر می کند] ۳۱.[
ج) استفاده از رله های الکترومکانیکی
در این رابطه برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا بر روی شبکه های چهـار سـیمه شـرکت بـرق
پنسیلوانیا با همکاری شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت رلـه ای نمـوده انـد کـه بـا اسـتفاده از
نسبت جریان باقیمانده( (3 IO به جریان مولفه مثبت( ( I1 عمل می کند. اگر نسبت 3 IO از مقـدار
تنظیم شده رله فراتر رفت رله عمل خواهد کرد.] ۴۱.[
د) الگوریتم تغییرات جریان
در یکی از روشهای ارائه شده با توجه به تغییرات ملایم جریان به هنگام کلیـدزنی بـار از سـرعت
١٠
تغییرات جریان برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا استفاده شـده اسـت]۵۱.[ ایـن روش کـارایی
خود را هنگامیکه جریانهای خطا دارای تغییرات اولیـه سـریع نیـستند از دسـت میدهـد. در روش
دیگر از تغییرات لحظه ای دامنه جریان برای آشکارسازی خطا استفاده شده اسـت]۶۱.[ هـر چنـد
خطاهای امپدانس بالا رفتار تصادفی دارند ولی سطح جریان همه آنها برای چند سـیکل زیـاد مـی
شود(لحظه وقوع جرقه) و بعد به میزان جریان بار می رسد. با توجه به این تغییـرات کـه در سـایر
کلیدزنیها وجود ندارد اقدام به شناسایی آنها گردیده اسـت. در روش دیگـری از تغییـرات بوحـود
آمده در نیم سیکل مثبت و منفی شکل موج جریان برای آشکارسازی استفاده شده است]۷۱.[
برای فیدرهایی که از طریق ترانسهای ∆ − ∆ تغذیه می شوند افزایش دامنـه جریـان و پـیش فـاز
شدن آن برای شناسایی خطای امپدانس بالا استفاده شده است] ۸۱.[
٢. روشهای ارائه شده در حوزه فرکانس:
این روشها بر اساس اطلاعات حوزه فرکانس سیگنالها عمل می کننـد و در آنهـا عمـدتا از تبـدیل
فوریه برای نگاشت سیگنالهای حوزه زمان به حوزه فرکانس استفاده می شود که در ادامه تعـدادی
از روشهای حوزه فرکانس ارائه می گردند
الف) استفاده از هارمونیک دوم و سوم جریان برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا
برخورد هادی انرﮊی دار با زمین باعث ایجاد جرقه می گردد. این جرقه ها باعث ایجاد ناهماهنگی
و عدم تقارن شکل موج جریان می شوند که این عدم تقارن تولید هارمونیک های دوم و سـوم در
جریان خطا می کند و تعدادی از روشهای آشکارسازی بر این اساس ارائـه شـده انـد. در یکـی از
روشها نسبت دامنه مولفه دوم جریان به مولفه اصلی آن برای هـر سـه فـاز بعنـوان معیـاری بـرای
١١
شناسایی معرفی شده اند] ۹۱ .[ در روش دیگری از نسبت دامنه هارمونیک سوم جریان بـه مولفـه
اصلی برای شناسایی استفاده شده است] ۰۲.[
در روش دیگر با استفاده از مولفه هـای صـفر و منفـی هارمونیکهـای دوم، سـوم و پـنجم بعنـوان
ویژگیهای مناسب و روشی درست اقدام به جداسازی خطای امپدانس بالا از سایر حالتهـای گـذرا
همچون کلیدزنی بار، کلیدزنی خازنها و جریان هجـومی ترانـسها گردیـده اسـت] ۱۲ .[ همچنـین
انرﮊی سیگنال در یک فرکانس یـا محـدوده فرکانـسی بعنـوان ویژگیهـای مناسـبی بـرای ارزیـابی
خطاهای امپدانس بالا در نظر گرفته شده اند]۲۲.[
ب) استفاده از مولفه های فرکانس بالا جهت شناسایی خطاهای امپدانس بالا
٩۵% خطاهای امپدانس بالا با جرقه توام هستند و این جرقه ها ایجـاد نوسـانات فرکـانس بـالا در
محدوده kHz١٠‐ ٢ می نمایند. حد پایین به منظور عدم تداخل با فرکانسهای پایین که در شـرایط
معمولی وجود دارند، تعیین گ
ردیده و حد بالا به علت کاهش انرﮊی سیگنال در فرکانسهای بسیار بالا انتخاب شـده انـد. نتـایج
عملی نشان می دهند که این مولفه ها برای شناسایی مناسب هستند. هر چند اگر دامنه جریان کـم
و یا بانکهای خازنی بزرگ در شبکه وجود داشته باشند موجب حذف این مولفه ها مـی گردنـد و
عمل آشکارسازی را با مشکل مواجه می سازد] ۳۲ .[
ج) شناسایی خطاهای امپدانس بالا به کمک مولفه های بین هارمونیکی
علاوه بر هارمونیک های فرکانس پایین و فرکانس بالا مولفه های بین هـارمونیکی بـرای فرکـانس
پایه ۵٠ هرتز عبارتند از:٢۵،٧۵ و ١٢۵ هرتز و بـرای فرکـانس پایـه ۶٠ هرتـز، ٣٠،٩٠، ١۵٠، ٢١٠
١٢
هرتز می باشند] ۴۲،۵۲.[ این فرکانـسها تغییـرات دامنـه و زاویـه زیـادی در هنگـام وقـوع خطـای
امپدانس بالا از خود نشان می دهند و با حذف فرکانسهای پایه و بعضی از هارمونیک ها به کمـک
فیلتر کردن جریان می توان به آنها دست یافت و برای آشکار سازی از آنها اسـتفاده کـرد. مـشکل
عمده این روشها ساخت فیلتر هایی است که مولفه های بین هارمونیک را از خود عبور دهند] ۴۲
.[استفاده از انرﮊی این مولفه ها نیز بعنوان روشی برای جداسازی خطاهای امپـدانس بـالا از سـایر
حالات مطرح شده است] ۵۲ .[
د) آشکارسازی به کمک فیلتر کالمن
تبدیل فوریه برای سیگنالهای ایستان که دامنه آنهـا بـا زمـان تغییـر نمـی کنـد مناسـب هـستند در
صورتیکه خطاهای امپدانس بالا دارای ماهیت غیر ایستان می باشند و استفاده از تبدیل فوریه برای
تجزیه و تحلیل آنها روش بهینه ای نیست. یکی از روشـهایی کـه بـرای بررسـی سـیگنالهای غیـر
ایستان بکار می رود فیلتر کالمن است، در این روش هم مولفه اصلی و هم هارمونیک هـا بررسـی
می شوند. فیلتر کالمن برآورد مناسبی برای تغییرات زمانی فرکانس اصلی و هارمونیک ها ارائه می
کند و خطاهای مربوط به فیلترهای کلاسیک و فوریه را ندارد] ۶۲ .[
٣.روشهای ارائه شده در حوزه زمان‐ فرکانس
در این روشها از تبدیل موجک برای تجزیه و تحلیل سیگنالها استفاده می شود. با توجه به مزیـت
این تبدیل نسبت به تبدیل فوریه اخیرا در پردازش سیگنالها از جمله سیگنالهای ناشی از خطاهـای
امپدانس بالا تبدیل موجک بعنوان تبدیلی کارآمد مورد توجه قرار گرفته است. مقالاتی که در ایـن
ارتباط ارائه شده اند عبارتند از:
١٣
الف) اولین کاربرد موجک برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا مربوط به خطاهایی اسـت کـه در
آنها از یک مقاومت زیاد بعنوان مدل خطا استفاده شده است. شبکه بررسی شـده یـک شـبکه سـه
شینه، kV۴٠٠ بوده و با استفاده از برنامه EMTP شـبیه سـازی شـده و اطلاعـات مـورد نیـاز بـا
فرکانس نمونه برداری kHZ ۴ ثبت گردیده و سه سیکل از شکل موج ولتاﮊ برای پردازش اسـتفاده
شده است. کاهش دامنه ضرایب بعنوان معیاری برای شناسایی خطا استفاده گردیده است] ۷۲ .[
ب) کاربرد دیگر تبدیل موجـک اسـتفاده از موجـک Spline و قـدر مطلـق ضـرایب سـطوح ۱و۲
سیگنالهای جریان تجزیه شده برای شناسایی خطاهای امپدانس بـالا مـی باشـد. اطلاعـات لازم بـا
شبیه سازی یک فیدر kV۱۱ با استفاده از برنامه EMTP ثبت شده اند و سه سیکل از سـیگنالهای
جریان پردازش شده اند] ۸۲. [
١۴

١۵
۳‐۱‐ مقدمه
فرورزونانس اصطلاحی است که بمنظور توصیف پدیده رزونانس در مداری که حداقل دارای یک
عنصر غیر خطی اندوکتیو است، بکار برده می شود. مداری که شامل ترکیب سری یک اندوکتانس
قابل اشباع و مقاومت خطی وخازن است، مدار فرورزونانس نامیده می شود.
رزونانسی که در مدار شامل راکتور خطی رخ می دهد به رزونانس خطی سری و رزونانسی که در
مدار شامل راکتور قابل اشباع رخ می دهد به فرورزونانس یا رزونانس جهشی موسوم است.
بواسطه مشخصه غیر خطی راکتور، مقدار اندوکتانس در ناحیه اشباع تابعی از درجه اشباع هسته
مغناطیسی که خود وابسته به ولتاﮊ دو سر راکتور است، می باشد و از این رو در ناحیه اشباع
اندوکتانس می تواند مقادیر متعددی را به خود اختصاص دهد که ممکن است در هر یک از این
مقادیر تحت شرایط خاصی پدیده فرورزونانس تحقق یابد.
در حقیقت پدیده فرورزونانس مورد خاصی از رزونانس جهشی است که در آن غیر خطی بودن،
مربوط به هسته مغناطیسی راکتور است. رزونانس جهشی به این معناست که هر گاه در سیستمی
که توسط منبع سینوسی تحریک می شود، در اثر افزایش مقدار یا فرکانس ورودی و یا مقدار یکی
از پارامترهای سیستم، یک جهش ناگهانی در مقدار یکی از سیگنالهای دیگر سیستم پیش آید. این
جهش می تواند در ولتاﮊ یا جریان و یا فلوی مغناطیسی یا در تمامی آنها ایجاد گردد.
هنگامیکه در اثر اشباع هسته مغناطیسی و تحت شرایط خاصی چنین پدیده ای رخ می دهد ولتاﮊ
زیادی در دو سر راکتور ظاهر شده و جریان مغناطیس کننده در نقاطی که ولتاﮊ تغییر جهت می
دهد به شکل پالس به مقدار زیادی افزایش می یابد.
١۶
۳‐۲‐ تاریخچه فرورزونانس
تحقیقات در مورد پدیده فرورزونانس سابقه هشتاد ساله دارد. کلمه فرورزونانس در مقالات علمی
دهه ١٩٢٠ دیده شد. علایق عملی در سال ١٩٣٠ زمانی به وجود آمد که استفاده از خازنهای سـری
برای تنظیم ولتاﮊ در سیستمهای توزیع آن زمان، باعث بروز اضافه ولتاﮊ در شبکه توزیع می گـردد
]۹۲.[ از آن زمان تاکنون بیشتر تحقیقات در این زمینه بر مـدل سـازی دقیـق تـر ترانـسفورماتور و
مطالعه پدیده فرورزونانس در سطح سیستم متمرکـز بـوده اسـت. اصـولا فرورزونـانس پدیـده ای
غیرخطی است. بنابراین بسیاری از روشهای بکار برده شده جهت بررسـی ایـن پدیـده مبتنـی بـر
حوزه زمان و با بکار بردن نرم افزار EMTP می باشد
٣‐٣‐ موارد وقوع فرورزونانس در سیستم های قدرت
در سیستم های قدرت الکتریکی مواردی که در آنها احتمال وقوع فرورزونانس وجود دارد عبارتند
از :
الف‐ ترانسفورماتورهای ولتاﮊ (CVT, VT)
ب‐ خطوط انتقال موازی EHV جابجا نشده
ج‐ سیستم توزیع انرﮊی
این پدیده معمول بواسطه اثر متقابل ترانسفورماتور (بدون بار یا بار کم) با کاپاسیتانس سیستم
بوجود می آید.
مثلا اگر ولتاﮊی در نقطه صفر شکل موج آن به ترانسفورماتور بدون بار اعمال شود، یک جریان
زیادی از مقدار عبور می کند زیرا، فلوی مغناطیسی تمایل دارد که در سیکل اول مقدارش را دو
١٧
برابر نماید و در نتیجه هسته به میزان زیادی اشباع می گردد، این جریان زیاد تا چند سیکل ادامه
می یابد و در شرایط ماندگار جریان تحریک به مقدار معمولش تنزل می یابد.
اما اگر چنانچه ترانسفورماتور از طریق یک خازن سری انرﮊی دار گردد این جریان غیرعادی
درشرایط ماندگار نیز ادامه می یابد، این جریان حتی از جریان بار نیز بزرگتر است و در این حالت
شکل موج جریان و ولتاﮊ دو سر ترانسفورماتور اعوجاج یافته اند و پدیده فرورزونانس تحقق
یافته است.
٣‐۴‐ شروع فرورزونانس
پدیده فرورزونانس همواره پس از وقوع یک اغتشاش فاحش، رخ میدهد. اغتشاش وارده به
سیستم ممکن است منجر به تغییر افزایشی در مقدار فرکانس ورودی سیستم یا مقادیر پارامترهای
سیستم گردد.در سیستم های قدرت، معمولا اغتشاش ناشی از قطع خط ترانسفورماتور بدون بار و
شرایط سوئیچینگ نامطلوب، احتمال وقوع فرورزونانس را افزایش می دهد. اغلب این پدیده در
سیستم قدرتی که دارای تلفات کم است آغاز می گردد.
٣‐۴‐١ شرایط ادامه یافتن فرورزونانس
وقوع فرورزونانس در سیستم های قدرت به شرایط اولیه مخصوصا به انرﮊی اولیه ذخیره شده
سیستم در زمان پس از اغتشاش وابسته است اگر این انرﮊی کافی باشد اندوکتانس با هسته آهنی
را به اشباع می برد.
اگر برای تغذیه تلفات سیستم بقدر کافی انرﮊی از منبع تغذیه انتقال یابد پدیده فرورزونانس ادامه
می یابد، البته مکانیزم انتقال انرﮊی در موارد مختلف، متفاوت خواهد بود.
١٨
مثلا در خطوط دوبل EHV وقتی یک از مدارها قطع می شود و خط دیگر انرﮊی دار می گردد،
انتقال توان از طریق کاپاسیتانس کوپلاﮊ بین دو خط از خط انرﮊی دار صورت می گیرد.
نتایج نشان می دهد که با وارد کردن مقاومت بزرگ در مدار امکان وقوع فروزونانس کاهش
مییابد که از آن می توان برای جلوگیری فروزونانس درترانسفورماتور ولتاﮊ استفاده نمود.
داغ شدن ترانسفورماتور قدرت عایقی آن را تضعیف کرده و منجر به شکست عایق تحت تنشهای
الکتریکی می شود. در صورت عدم توقف این پدیده ترانسفورماتور شدیدا آسیب دیده و ممکن
است باعث اتصال کوتاه و با انفجار و یا حتی آتش سوزی شود.
اضافه ولتاﮊهای ناشی از پدیده فرورزونانس می تواند تا حدود ۵ پریونیت افزایش یابد. بدیهی
است چنین اضافه ولتاﮊهایی به راحتی می توانند به سیم پیچی ترانسفورماتور آسیب برسانند. با
توجه به مسائل و مشکلات فوق شبیه سازی و تفهیم پدیده فرورزونانس موضوع بسیاری از
مقالات بوده است.
۳‐۵‐ اثرات نامطلوب فرورزونانس] ۰۳[
به وجود آمدن ولتاﮊها و جریانهای بزرگ ماندگار یا موقت در سیستم
ایجاد اعوجاج در شکل موجهای ولتاﮊ جریان
تولید صداهای گوش خراش پیوسته در ترانسفورماتورها و راکتورها
تخریب تجهیزات الکتریکی به علت گرمای زیاد یا شکست الکتریکی
عملکرد ناخواسته رله ها
گرم شدن ترانسفورماتور (در حالت بی باری)
١٩
به علت اشباع هسته ترانسفورماتور و عبور جریانهای لحظه ای بزرگ در سیم پیچهای
ترانسفورماتور در زمان وقوع این پدیده، ترانسفورماتور داغ می شود.
٣‐۶‐ مبانی پدیده فرورزونانس
به منظور تفهیم هر چه بهتر پدیده فرورزونانس مدار شکل (١‐٣) را در نظر بگیرید که در آن
سلف دارای مشخصه غیر خطی است. هر گاه منبع ولتاﮊ سینوسی باشد، می توان KVL را طبق
رابطه (١‐٣) نوشت :
L

C
R
E
شکل ۱‐۳. مدار معادل پدیده فرورزونانس
R ≈ 0 (١‐٣) jI ) V  E  − j E  I ( jwL  wC wC با توجه به شکل (٢‐٣) مشخص است که به تناسب مقدار ظرفیت خازنی، یک یا سه نقطه تقاطع
بین منحنی سلف غیرخطی و راکتانس خازنی وجود دارد. نقطه تقاطع (٢) ناپایدار می باشد. و
فقط در حالتهای گذرا چنین نقطه ای به وجود می آید. همچنین واضح است که اگر نقطه
تقاطع(۳) نقطه کار باشد در آن صورت ولتاﮊ و جریانهای بسیار بزرگی به وجود می آیند.
در مقادیر کم ظرفیت خازنی، نقطه کار فقط، نقطه سوم بوده و چون در این حالت راکتانس
خازنی بزرگ است، موجب جریان پیشفاز در سیستم و ولتاﮊ بزرگتر روی سلف می شود. با
٢٠
افزایش مقدار ظرفیت خازنی نقطه تقاطع دیگری به وجود می آید که تمایل سیستم به نقطه تقاطع
که دارای حالت سلفی با جریان پسفاز است. بیشتر می باشد.
هر گاه مقدار ولتاﮊ اعمالی به اندازه کمی تغییر نماید آنگاه نقطه کار (١) حذف و نقطه کار به نقطه

(٣) پرش خواهدکرد.
voltage
2
1
current
3
شکل۲‐۳ حل ترسیمی مدار LC غیر خطی
در این حالت جریان بسیار زیادی از سلف می گذرد و طبیعی است که با عبور این جریان بزرگ،
ولتاﮊ دوباره کاهش یافته و دبواره نقطه کار (١) به وجود می آید. و بدین ترتیب نقطه کار بین (١)
و (٣) پرش خواهد کرد. در این صورت ولتاﮊ و جریانهای به وجود آمده کاملا تصادفی و غیر
قابل پیش بینی می باشند.
در سیستمهای توزیع، پدیده فرورزونانس زمانی اتفاق می افتد که بانک خازنی و یا طولی از کابل
با مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور و یک منبع ولتاﮊ بطور سری قرار بگیرد. برای کابلهای با
طول کم فقط یک نقطه کار در ناحیه سوم وجود دارد و بنابراین شکل موج ولتاﮊ و جریان ناشی
از فرورزونانس دارای پریودی برابر پریود شبکه میباشد. با افزایش ظرفیت خازنی قله این اضافه
٢١
ولتاﮊها روی منحنی اشباع مدام بالا می رود تا جائیکه اندازه ولتاﮊ بسیار بیشتر از حالت عادی می
شود. با افزایش بیشتر ظرفیت خازنی نقطه کار (١) نیز فعال می شود و به تناسب نوع حالت
گذاری پیش آمده، اضافه ولتاﮊهای به وجود آمده در دو سر اندوکتانس غیرخطی، ممکن است
دارای پریود پایدار و یا شکل موج آشفته باشند.
با افزایش دوباره ظرفیت خازنی زمانی فرا می رسد که نقطه تقاطع سوم حذف می شود و در
حالت عادی در ناحیه فرورزونانس نخواهیم بود. اما حالتهای گذرا نظیر کلید زنی می توانند باعث
به وجود آوردن چنین نقطه کاری در ناحیه سوم شوند.
٣‐٧‐ فرورزونانس در ترانسفورماتورهای توزیع] ۱۳[
با گسترش خطوط کابلی زیر زمینی و همچنین تمایل روزافزون استفاده از ترانسفورماتورهای با
تلفات کم، مخصوصا ترانسفورماتور های ساخته شده از ورقه های فولاد حاوی سیلیکان، احتمال
وقوع فرورزونانس در این ترانسفورماتورها بیشتر شده است. این مشکل زمانی رخ می دهد که
ترانسفورماتور بی بار تغذیه شده از طریق خط کابلی (و یا متصل شده به بانک خازنی) تحت کلید
زنی تک فاز و یا دو فاز قرار می گیرد. همچنین در خطوط انتقال توزیع طولانی نیز، این مشکل
می تواند اتفاق بیافتد.
البته در رده توزیع خوشبختانه تمامی کلیدهای قدرت دارای قطع سه فاز بوده و این مسئله زیاد
جدی نمی باشد. اما در حالتهایی که از وسایل قطع تک فاز مانند کات آوت فیوزاستفاده می شود
امکان وقوع چنین شرایطی بسیار مهیا است. در این حالت مدار فرورزونانس شامل ولتاﮊ القایی
(ولتاﮊ القا شده از فازهای دیگر ترانسفورماتور به فاز قطع شده) و مشخصه مغناطیسی هسته
ترانسفورماتور و ظرفیت خازنی بین کابل (یا خط انتقال) و زمین می باشد. در این حالت ولتاﮊ
٢٢
ظاهر شده در فاز قطع شده ترانسفورماتور به تناسب مقدار ظرفیت خازنی کابل متصل به آن و
سایر پارامترها می تواند از چند پریونیت تجاوز نماید. شکل هسته ترانسفورماتور و منحنی
مشخصه آن در رفتار ترانسفورماتور بسیار با اهمیت می باشد.
فرورزونانس زمانی اتفاق می افتد که در هنگام بی باری و یا کم باری ترانسفورماتور در نقطه ای
دور از آن قطع تک فاز و یا دو فاز انجام شود. به تناسب پارامترهای مقدار امکان دارد که
فرورزونانس دارای دو حالت مختلف به شرح زیر میباشد:
٣‐٧‐١‐ فرورزونانس پایدار
در این حالت اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس تا زمانی که فاز قطع شده بی برق بماند، پایدار می
باشند. این اضافه ولتاﮊها ممکن است که دارای قله بسیار بزرگی نباشند ولی به دلیل پایدار بودن
می توانند باعث صدمات جدی به برقگیرها و حتی انفجار آنها در عرض چند دقیقه شوند.
٣‐٧‐٢‐ فرورزونانس ناپایدار
در این حالت نقاط کار سیستم در حالت پایدار در محدوده فرورزونانس نمی باشند، اما حالتهای
گذرا نظیر کلید زنی می توانند نقاط کار سیستم را برای مدت کوتاهی به این محدوده وارد نمایند.
در این حالت اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس برای مدت کوتاهی بعد از کلید زنی پدیدار شده ولی
به زودی میرا می شوند.
٢٣
٣‐٨‐ تاثیر نوع سیم بندی ترانسفورماتور
یکی از مزیتهای مدلسازی دوگانی ترانسفورماتورهای قدرت که در این مطالعه استفاده شده است،
این است که بدون تغییر در مدل هسته ترانسفورماتور، می توان سیم بندی ترانسفورماتور را
تعویض نمود] ۲۳.[
در ظرفیتهای خازنی مساوی، اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در ترانسفورماتور مورد نظر در حالت
اتصال ستاره با نوترال زمین شده بسیار کمتر است. با قطع نوترال ترانسفورماتور مورد نظر و قطع
تک فاز و دو فاز اضافه ولتاﮊهای بسیار بزرگتری حاصل می شوند که حتی از حالت اتصال
مثلث‐ ستاره بزرگتر می باشند
۳‐۹‐ تاثیر بار بر اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس
همچنانکه می دانیم اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در هنگام بی باری و یا کم باری ترانسفورماتور
به وجود می آید. شبیه سازیها نشان می دهد که در مقادیر پایین ظرفیت خازنی مقدار بار لازم
برای حذف پدیده فرورزونانس بسیار کم است ولی با اضافه شدن ظرفیت خازنی مقدار بار لازم
برای قطع تک فاز و دو فاز بیشتر می شود. اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در ترانسفورماتورهای با
اولیه زمین شده کمتر هستند.
فازهای مختلف ترانسفورماتور دارای رفتار مساوی درمقابل اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس نیستند.
با افزایش ظرفیت خازنی، میزان بارلازم برای حذف اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس افزایش می یابد.
باری در حدود ۵ % بار نامی ترانسفورماتور در بیشتر حالات، قادر به حذف اضافه ولتاﮊهای
فرورزونانس می باشد.
٢۴
٣‐١٠‐ طبقه بندی مدلهای فرورزونانس
مدل پایه
در این حالت ولتاﮊ و جریان پریودیک می باشند و پریود آنها با پریود سیستم برابر است.
مدل زیر هارمونیک
در این حالت ولتاﮊ و جریان با پریودی نوسان می کنند که ضریبی از پریود منبع می باشند. این
حالت به زیر هارمونیک n ام معروف است که حالت فرورزونانس زیر هارمونیک فرد می باشد.
مدل شبه پریودیک
در این نوع فرورزونانس نوسانات کاملا اتفاقی و غیر پریودیک می باشند
٣‐١١‐ شناسایی فرورزونانس
بروز فرورزونانس با اثرات وعلایمی به شرح زیر همراه است:
اضافه ولتاﮊهای با دامنه زیاد و دائمی بصورت فاز به فاز و فاز به زمین اضافه جریانها با دامنه زیاد و دائمی اعوجاجها با دامنه زیاد و دائمی در شکل موج ولتاﮊ و جریان جابجایی ولتاﮊ نقطه صفر افزایش دمای ترانس در حالت بی باری
افزایش بلندی نویز ترانسها و راکتورها تریپ بی موقع تجهیزات حفاظتی
البته بعضی از این علایم مختص این پدیده نیست بطور مثال جابجایی نقطه صفر در شبکه هایی
که نقطه صفر آنها زمین نشده است می تواند بدلیل وقوع اتصال فاز به زمین رخ دهد.
٢۵
٣‐١١‐١ شرایط لازم برای بروز پدیده فرورزونانس
۱‐ حضور همزمان خازن با راکتور غیر خطی در سیستم
۲‐ وجود حداقل یک نقطه از سیستم که دارای ولتاﮊ ثابت نباشد
۳‐ وجود اجزا سیستم با بار کم مانند ترانسهای قدرت یا ترانسهای ولتاﮊ بدون بار یا منابع انرﮊی
با اتصال کوتاه پایین مانند ﮊنراتورهای اضطراری
در صورتیکه هر کدام از این سه شرط برقرار نباشد احتمال وقوع فرورزونانس بسیار ضعیف است
در غیر این صورت باید تحقیقات گسترده ای به عمل آورد.
٢۶

٢٧
۴‐۱‐ از تبدیل فوریه٣ تا تبدیل موجک ]۳۳[
در قرن نوزدهم، ﮊان پاپتیست فوریه، ریاضی دان فرانسوی، نشان داد که هر تابع متناوب را میتـوان
به صورت حاصل جمعی نامحدود از توابع نمایی مختلط متناوب نمایش داد. سالها بعـد از عنـوان
شدن این خاصیت مهم، ایده او به نمایش سیگنالهای نامتناوب و سپس سیگنالهای گسسته متناوب
و نامتناوب گسترش یافت. بعد از این عمومیت بـه حـوزه گسـسته، تبـدیل فوریـه در محاسـبات
کامپیوتری بسیار موثر واقع گردید. در سال ۵۶۹۱، الگوریتم جدیدی به نـام تبـدیل فوریـه سـریع۴
عنوان شد، که نسبت به الگوریتم های قبلی تبدیل فوریه بیشتر به کار گرفته شد.
FFT چنین تعریف میشود
(۴‐ ۱) ∞∫ f (t )e − jwt dt F (w)  − ∞ (۴‐ ۲) f (t)  ∞∫F(w)e jwt dw −∞ اطلاعات حاصل از انتگرال، مربوط به تمام زمانها میباشد، چرا کـه انتگـرال گیـری از زمـان منفـی
بینهایت تا مثبت بینهایت انجام میشود. به همین علت، اگر سیگنال شامل فرکانسهای متغییر با زمان
باشد، یعنی سیگنال ثابت نباشد، تبدیل فوریه مناسب نخواهد بود. این بـدان معناسـت کـه تبـدیل
فوریه تنها مشخص میکند که آیا یک مولفه فرکانسی بخصوص در یک سیگنال وجود دارد یـا نـه،
و اطلاعاتی در مورد زمان ظاهر شدن این فرکانس به ما نمی دهد.

3-Fourier Transform 4-Fast Fourier Transform
٢٨
به همین دلیل، یک نمایش فرکانسی‐ زمانی به نام تبدیل فوریه زمان کوتاه۵ معرفی شد. در STFT،
سیگنال به قطعات زمانی به اندازه کافی کوتاه تقسیم میسود، بطوری که میتوان این قسمتهای کوتاه
را سیگنال ثابت فرض کرد. برای رسیدن به این هدف، یک تابع پنجره انتخاب میشود. پهنـای ایـن
پنجره باید با طولی از سیگنال که میتوان آنرا فرایند ثابت در نظر گرفت، برابر باشد. نمـایش STFT
به شکل زیر تمام مطالب ذکر شده در این مورد را خلاصه میکند:

(۴‐۳)
که w تابع پنجره میباشد.
نکته مهم در STFT پهنای پنجره بکار رفته میباشد. این پهنا را تکیه گاه پنجره نیز مینامند. هر چقدر
پهنای پنجره را کاهش دهیم، رزولوشن زمانی بهتر، و فرض فراینـد ثابـت محکمتـر میـشود ولـی
رزولوشن فرکانسی ضعیفتر خواهد شد، و بر عکس‐ شکل۴‐۱ راببینید.

شکل۴‐۱ نمایش پهن و باریک پنجرهای طرح زمان‐ فرکانس

5-Short Time Fourier Transform
٢٩
مشکل STFT را میتوان به وسیله اصل عدم قطعیت هایزنبرگ۶ مطرح کرد. ایـن اصـل معمـولاﹲبرای
مقدار جنبش و موقعیت مکانی ذرات در حال حرکت به کار میرود، با این حال میتوان آنـرا بـرای
اطلاعات حوزه زمانی‐فرکانسی بکار ببریم. بطور مختصر، ایـن اصـل مـیگویـد کـه نمـیتـوانیم
تشخیص دهیم که در هر لحظه زمانی کدام فرکانس وجود دارد. آنچه که ما میتـوانیم بفمـیم ایـن
است که در هر بازه زمانی کدام باندهای فرکانسی وجود دارند.
بنابراین، مساله انتخاب یک تابع پنجره، واستفاده از آن در تمام آنالیز میباشد. جـواب ایـن مـساله
بستگی به کاربرد دارد. اگر اجزاﺀ فرکانسی در سیگنال اصلی به خوبی از هم تفکیک شـده باشـند،
میتوانیم رزولوشن فرکانسی را در یک انـدازه مناسـب در نظـر بگیـریم و آنگـاه بـه طراحـی یـک
رزولوشن زمانی خوب بپردازیم، چرا که مولفههای طیفی قبلاﹲ از هم تفکیک شدهاند. در غیـر ایـن
صورت، پیدا کردن یک تابع پنجره مناسب بسیار مشکل خواهد بود.
اگر چه مشکل رزولوشن فرکانسی و زمانی از یک پدیده فیزیکی (اصل عـدم قطعیـت هـایزنبرگ)
ناشی میشود، و همواره برای هر تبدیل بکار رفته وجود دارد، میتوان سـیگنال را بـا یـک تبـدیل
دیگر بنام تبدیل موجک (WT) آنالیز کنیم
تبدیل موجک سیگنال را در فرکانسهای مختلف با رزولوشنهای مختلف آنالیز میکنـد. و بـا
تمام اجزاﺀ فرکانسی به صورت یکسان، آنطور که در STFT عمل میشد، برخورد نمیشود.
تبدیل موجک طوری طراحی شده است که در فرکانسهای بالا رزولوشن زمانی خوب و رزولوشن
فرکانسی ضعیف، و در فرکانسهای پایین، رزولوشن فرکانسی خوب و رزولوشـن زمـانی ضـعیف
داشته باشد. این خاصیت هنگامی که سیگنال تحت بررسـی دارای فرکانـسهای بـالا در بـازههـای

6-Heisenberg 's Uncertainty Principle
٣٠
زمانی کوتاه و فرکانسهای پایین برای زمانهای طولانی میباشد. دو تفاوت عمده بین STFT و CWT
عبارتند از
۱_ تبدیل فوریه سیگنال حاصل از اعمال تابع پنجره، گرفته نمیشود.
۲_ هنگامی که تبدیل برای یک جزﺀ طیفی محاسبه میشود، طول پنجره تغییر میکند. احتمالاﹲ ایـن
مهمترین مشخصه تبدیل موجک میباشد.
تبدیل موجک پیوسته (CWT) بصورت زیر تعریف میشود(:(Daubechies92
(۴‐۴)

که

(۴‐۵)
یک تابع پنجره است که موجک مادر٧ نامیده میشود، a یک مقیاس و b یک انتقال است.

شکل۴‐۲‐ چند خانواده مختلف ازتبدیل موجک. عدد بعد از نام موجک معرف تعداد لحظات محو شدن
است

7-Mother Wavelet
٣١
اصطلاح موجک به معنی موج کوچک میباشد. کوچکی برای شرایطی تعریف شده است که تـابع
پنجره طول محدود داشته باشد. موج هم برای شرایطی تعریف شده است کـه ایـن تـابع نوسـانی
باشد. اصطلاح مادر بر این نکته دلالت دارد که توابع بـا نـواحی مختلـف کـارایی، کـه در تبـدیل
استفاده میشوند، از یک تابع اصلی یا تابع مادر یک نمونه اصلی بـرای تولیـد سـایر توابـع پنجـره
میباشد. یک نمونه ازموجک مادر را در شکل۴‐۲ مشاهده میکنیم
اصطلاح انتقال به همان نحو که برای STFT بکار میرفت، در اینجا استفاده میشود. این اصـطلاح
به مکان پنجره، هنگامی که در امتداد سیگنال شیفت مییابد، دلالت میکند. واضح اسـت کـه ایـن
اصطلاح به اطلاعات زمانی در حوزه تبدیل مربوط میشود. با ایـن وجـود، مـا پـارامتر فرکانـسی،
آنطور که برایSTFT داشتیم، برای تبدیل موجک نداریم. در عوض در اینجا یـک مقیـاس موجـود
میباشد. مقیاس دهی همانند یک تبدیل ریاضی، به معنی گسترده یا فشرده کردن سیگنال میباشد.
مقیاسهای کوچکتر به معنی سیگنالهای گستردهتر و مقیاسهای بزرگتر به معنی سیگنالهای فشردهتـر
میباشد. از آنجا که در مبحث موجک پارامتر مقیاس دهی در مخرج بکار میرود، عکـس عبـارت
فوق در اینجا صادق خواهد بود.
رابطه بین مقیاس و فرکانس این است که مقیاسهای پایین مربوط به فرکانـسهای بـالا و مقاسـهای
بالا مربوط به فرکانسهای پایین میباشد. با توجه به بحث ذکر شده، ما تا بحال طرح زمـان‐مقیـاس
داریم. توصیف شکل۴‐۳ معمولاﹲ در توضیح اینکه چگونه رزولوشنهای زمانی و فرکانسی تفسیر
شوند، بکار میرود.
٣٢

شکل۴‐۳‐ دو عمل اساسی موجک‐ مقیاس و انتقال ‐ برای پر کردن سطح نمودار مقیاس‐ زمان
هر مستطیل در شکل۴‐۳ مربوط به یک مقدار تبدیل موجک در صفحه زمـان‐مقیـاس مـیباشـد.
توجه کنید که مستطیلها یک مساحت غیر صفر مشخص دارند، که این بدان معناسـت کـه مقـدار
یک نقطه بخصوص در طرح زمان‐مقیاس قابل تشخیص نیـست. اگـر ابعـاد جعبـههـا را در نظـر
نگیریم، مساحت جعبهها، در STFT و WTبـا هـم برابـر هـستند و بـا نامـساوی هـایزنبرگ تعیـین
میشوند. خلاصه، مساحت مستطیلها برای تابع پنجره (STFT) و (WT) ثابت است. همچنین، تمام
مساحتها دارای حد پایین محدود شده به ۴π/ هستند. یعنی، طبـق اصـل عـدم قطعیـت هـایزنبرگ
نمیتوانیم مساحت جعبهها را هر اندازه که بخواهیم، کاهش دهیم.
۴‐۲‐سه نوع تبدیل موجک ]۳۳[
ما سه نوع تبدیل در اختیار داریم: پیوسته، نیمه گسسته٨ و گسسته در زمان. اختلاف انـواع مختلـف
تبدیل موجک مربوط به روشی است که مقیاس وشیفت را پیاده سازی میکند. در این بخـش ایـن
سه نوع مختلف را ریزتر بررسی خواهیم کرد.

8-Semidiscrete
٣٣
۴‐۲‐۱‐ تبدیل موجک پیوسته
برای CWT پارامترها به صورت پیوسته تغییر میکنند. این موضـوع باعـث حـداکثر آزادی در
انتخاب موجک مناسب برای آنالیز خواهد شد. تنها لازم است که تبدیل موجـک شـرط (۴‐۷)، و
مخصوصاﹲ مقدار متوسط صفر را داشته باشد. این شرط برای اینکه CWT معکـوس پـذیر باشـد،
لازم است. تبدیل عکس به صورت زیر تعریف میشود:
(۴‐۶)

که Ψ شرط لازم زیر را باید ارضا کند

(۴‐۷)
که Λψ تبدیل فوریه Ψ است.
بطور شهودی واضح است که CWT بر محاسبه "ضریب همبـستگی" بـین سـیگنال وموجـک
اصرار دارد. شکل۴ را ببینید

شکل۴‐۴‐ تشریح CWT طبق معادله۴
الگوریتم CWT را میتوان به شکل زیر توصیف کرد‐شکل۴‐۴ را ببینید.
۱_ یک موجک در نظر بگیرید و آنرا با با قسمتی از ابتدای سیگنال اصلی مقایسه کنید.
٣۴
۲_ ضریب c(a,b) که نمایانگر میزان ارتباط موجک با این قـسمت از سـیگنال اسـت را محاسـبه
کنید. هر چقدر c بیشتر باشد، شباهت بیشتر است. توجه کنید که نتیجه به شکل موجک انتخـاب
شده دارد.
۳_موجک را به سمت راست شیفت دهید و مراحل ۱و ۲ را تا رسیدن بـه انتهـای سـیگنال تکـرار
کنید.
۴_موجک را به سمت راست شیفت دهید و مراحل ۱ تا ۳ را تکرار کنید.
یک مثال از ضرایب CWT مربوط به سیگنال استاندارد در شکل۴‐۵ نشان داده شده است.

شکل۴‐۵ مثالی از آنالیزموجک پیوسته. در شکل بالا سیگنال مورد نظر نمایش داده شده است.
شکل پایین ضرایب موجک مربوطه را نشان میدهد.
٣۵
۴‐۲‐۲ تبدیل موجک نیمهگسسته
در عمل، محاسبه تبدیل موجک برای بعضی مقادیر گسسته a و b بسیار متداولتر است. برای مثـال، بکارگیری مقیاسهای a 2j dyadic و شـیفتهای صـحیح b  2j k بـا (j, k) z2 راتبـدیل
موجک نیمه گسسته (SWT) مینامیم.
در صورتی که مجموعه متناظر با الگوها، یک قالب موجـک را تعریـف کنـد، تبـدیل عکـسپـذیر
خواهد بود. به عبارت دیگر، موجک باید طوری طراحی شود که

(۴‐۸)
در اینجا A و B دو ثابت مثبت، ملقب به حدود قالب هستند. که ما باید برای بدستآوردن ضرایب
موجک انتگرالگیری انجام دهیم، چرا که f(t) هنوز یک تابع پیوسته است.
۴‐۲‐۳ ‐ تابع موجک گسسته
در اینجا، تابع گسسته f(n) و تعریف موجک (DWT) داده شده بـه صـورت زیـر را در اختیـار
داریم:
(۴‐۹)

که ψj,x یک موجک گسسته تعریف شده به شکل زیر میباشد:

(۴‐۰۱)
پارامترهای a و b به شکل a2j و b  2jkتعریف میشوند. عکس تبدیل به شـکلی مـشابه،
چنین تعریف میشود:
٣۶

(۴‐۱۱)
اگر حدود قالب در معادله۴‐٨ A=B=1 باشد، آنگـاه تبـدیل عمـودی خواهـد بـود. ایـن تبـدیلهـا
میتوانند با یک آنالیز چند بعدی، که در بخش بعد بحث خواهد شد، شروع شوند.
۴‐۳‐ انتخاب نوع تبدیل موجک
چه موقع آنالیز پیوسته از آنالیز گسسته مناسبتر است؟ هنگامی که انرﮊی سیگنال محدود است، اگر
از یک تبدیل موجک مناسب استفاده کنیم، تمام مقادیر یک تجزیه برای بازسازی شکل موج اصلی
لازم نخواهد بود. در این شرایط، یک سیگنال پیوسته را میتوان بوسیله تبـدیل گسـسته آن کـاملاﹰ
مشخص کرد. بنابراین آنالیز گسسته کافی است و آنالیز پیوسته اضافی خواهـد بـود. هنگـامی کـه
سیگنال بصورت پیوسته یا یک شبکه زمانی ریز ثبت میشود، هر دو نوع آنالیز، امکانپذیر خواهـد
بود. کدامیک باید استفاده شود؟ جواب این است: هر یک مزایای مربوط به خود را دارد.
آنالیز پیوسته معمولاﹰ برای تفسیر آسانتر اسـت، چـرا کـه اضـافات آن، تمایـل بـه تقویـت ویژگیها دارد و و اطلاعات را بسیار واضحتر خواهد کرد. این موضوع بـرای بـسیاری از ویژگیهای مفید درست است. آنالیز پیوسته تفسیر را راحتر، و خوانایی را بیشتر مـی کنـد، در عوض حجم بیشتری برای زخیره لازم دارد.
آنالیز گسسته حجم ذخیره سازی را کاهش میدهد و برای بازسازی کافی است.
٣٧
۴‐۴‐ آنالیز مالتی رزولوشن٩ و الگوریتم DWT سریع
برای اینکه تبدیل موجک مفید باشد، باید آنرا با الگوریتمهای سریع به منظور استفاده در ماشینهای
محاسباتی، پیادهسازی کنیم. یعنی روشی مثل FFT که هم ضرایب تبدیل wavwlet را بدست آورد و
هم بازسازی تابعی را که نمایش میدهد، انجام دهد.
۴‐۴‐۱‐آنالیز مالتی رزولوشن (MRA)
آنالیز مالتیرزولوشن Mallat را که خیلی عمومیت دارد، توضیح میدهیم. با فضایl2 که شامل تمام
توابع جمعپذیر مربعی است، شروع میکنیم، یعنی: f در فضای l2 (s) است، اگرMRA . ∫f 2  ∞
s
یک سری افزایشی از زیر فضای بسته {vj}jzاسـت، کـه l2 (R)را تخمـین میزنـد. شـروع کـار،
انتخاب یک تابع مقیاسدهی مناسـبΦ اسـت. تـابع مقیـاسدهـی بـه منظـور ارضـاﺀ پیوسـتگی،
یکنواختی و بعضی شرایط لازم بعدی انتخاب شده است. اما نکته مهمتر این اسـت کـه، مجموعـه
{φ(x − k), k z} یک اساس درست برای فضای مرجع v0 ایجاد میکند. رابطههای زیر آنالیز را
توصیف میکنند:
(۴‐۲۱)...v-1 v0 v1
فضاهایvj به صورت تودرتو قرار گرفتهاند. فضای l2 (R) اشتراک تمامvj را شامل مـیشـود. بـه
عبارت دیگر j z vj در(l2 (R متراکم شده است. اشتراک همهvj ها تهی است.
(۴‐۳۱)

9-Multiresolution
٣٨
فضاهای vj وvj1 مشابه هستند. اگر فضایvj دارای فاصـلههـای خـالی(φ1,k (x ، k z باشـد،
آنگـــاه فـــضایij1 دارای فاصـــلههـــای(φ1,k (x ، k z اســـت. فاصـــلهvj1 بوســـیله تـــابع
، که تولید میشود.
حالا شکلگیری موجک را توضـیح مـیدهـیم. چـون v0 v1 ، هـر تـابعی در v0 را مـیتـوانیم
بصورت ترکیبی از توابع پایه 2φ(x − k) ازv1 بنویسیم. مخصوصاﹰΦ باید معادلات دو بعـدی ۴۱

و ۵۱ را برآورده کند:
(۴‐۴۱)2φ (x − k) (φ (x)  ∑h(k

k
ضرایب h(k) بصورت((2Φ(x − k h(k)  (Φ(x), تعریف شـدهانـد. حـال بـه عـضو عمـودی

wj از vj برvj1 ،vj1  vj wj را در نظر بگیرید. این بدان معناست که تمام اعضایvj بـر
اعضای wj عمود هستند. ما لازم داریم که

تعریف زیر را ارائه میدهیم:
(۴‐۵۱)2∑(−1)k h(−k  1)φ (x − k) ψ (x) 

k
ما میتوانیم نشان دهیم کـه2{ψ(x − k), k z} یـک اسـاس درسـت بـرایw1 اسـت. دوبـاره، خاصیت تشابه MRI عنوان میکند که2j{ψ( 2jx − k), k z} یک اساس بـرایwj اسـت. از

آنجــــا کــــه v  wدر l2 (R) متمرکــــز اســــت، خــــانواده داده شــــده
jj z jj z
2j{ψ( 2jx − k), k z} یک اساس بـرای l2 (R) اسـت. بـرای یـک تـابع داده شـده f l2 (R)

٣٩
میتوان N را طوری بیابیم که f N vj ، f را بالاتر از دقت تعیین شده، تقریب بزند. اگـرgi wi
و f i vi آنگاه

(۴‐١۶)
معادله (۴‐١۶) تجزیه موجک تابع f است.
۴‐۵ ‐ زبان پردازش سیگنالی]۳۳و۴۳[
ما مراحل آنالیز مالتیرزولوشنی را با زبان پردازش سیگنالی تکرار میکنیم. آنالیز مالتی رزولوشـن
waveletبا الگوریتم کد کردن زیرباند یا محوطهای در پردازش سیگنال در ارتباط اسـت. همچنـین،
فیلترهای آینهای مربعی هم در الگوریتم مالتی رزولوشـن Mallat قابـل تـشخیص اسـت. در نتیجـه
نمایش زمان‐ مقیاس یک سیگنال دیجیتال با اسـتفاده از روشـهای فیلتـر کـردن دیجیتـال حاصـل
میشود.
معادلات۴‐۴۱ و۴‐۵۱ را از بخش قبل به خاطر بیاورید. سـریهای{h(k), k z} و {g(k), k z}
در اصطلاح پردازش سیگنال، فیلترهای آیینهای مربعی هستند. ارتباط بین h و g چنین است:
(۴‐۷۱)g(k)  (−1)n h(1 − n)
h(k) فیلتر پایین گذر و g(k) فیلتر بالا گذر است. این فیلتر با خانواده فیلترهای بـا پاسـخ ضـزبه
محدود (FIR) تعلق دارند. خواص زیر را میتوان با استفاده از تبدیل فوریه و عمـود بـودن اثبـات
کرد:
(۴‐۸۱) ∑g(k)  0 ∑h(k)  2
k k

۴٠
عملیات تجزیه با عبور سیگنال (دنباله) از یک فیلتر پایین گذر نیم باند دیجیتال با پاسخ ضربه h(n)
شروع میشود. فیلتر کردن یک سیگنال معادل با عملیات ریاضی کانولوشن سیگنال با پاسخ ضـربه
فیلتر میباشد. یک فیلتر پایین گذر نـیم بانـد تمـام فرکانـسهایی را کـه بـالاتر از نـصف بیـشترین
فرکانس سیگنال قرار دارند را حذف میکند
اگر سیگنال با نرخ نایکویست (که دو برابر بیشترین فرکانس در سیگنال است) نمونهبرداری شـده
باشد، بالاترین فرکانس که در سیگنال وجود داردπرادیان است. یعنـی، فرکـانس نایکویـست در
حوزه فرکانسی گسسته مطابق با π(--/s) میباشد. بعد از عبور سیگنال از یک فیلتر پایین گذر نـیم
باند، طبق روش نایکویست میتوان نصف نمونهها را حذف کـرد، چـرا کـه حـال سـیگنال دارای
حداکثر فرکانس(π/2(--/s میباشد. به این ترتیب سیگنال حاصل دارای طـولی بـه انـدازه نـصف
طول سیگنال اولیه میباشد.

شکل۴‐۶ طرح الگوریتم کد کردن زیر باند(قسمت بالا تجزیه و قسمت پایین ترکیب را نمایش میدهد)
۴١
حال مقیاس سیگنال دو برابر شده است. توجه کنید فیلتـر پـایینگـذر، اطلاعـات فرکـانس بـالای
سیگنال را حذف کرده است، اما مقیاس را بدون تغییر گذاشته است. این تنها کاهش تعداد نمونهها
است که مقیاس را تغییر میدهد. از طرف دیگر رزولوشن که به میزان اطلاعلت موجود در سیگنال
ارتباط دارد، توسط فیلتر کردن تغییر کرده است. فیلتر پـایین گـذر نـیم بانـد نـصف، فرکانـسها را
حذف کرده است، که میتوان این عمل را به نصف شدن اطلاعات تفـسیر کـرد. توجـه کنیـد کـه
کاهش نمونهها بعد از فیلتر کردن تاثیری در میزان رزولوشن ندارد، چرا کـه بعـد از فیلتـر کـردن
نصف نمونهها اضافی خواهد بود. پس نصف کردن نمونههـا باعـث حـذف هیچگونـه اطلاعـاتی
نمیشود. خلاصه، فیلتر کردن اطلاعات را نصف میکند، ولی مقیـاس را تغییـر نمـیدهـد. سـپس
سیگنال با نرخ دو نمونه برداری میشود، چرا که حال نصف نمونهها اضـافی اسـت. ایـن عمـل ،
مقیاس را دو برابر میکند. عملیات توصیف شده در شکل۴‐۶ نشان داده شده است.
یک روش بسیار مختصر برای توصیف این عملیات و همچنین عملیات موثر برای تعیین ضـرایب
موجک نمایش عملکرد فیلترها است. برای یک دنبالـه، f  {f n} نمایـانگر سـیگنال گسـستهای
است که باید تجزیه شود و G وH بوسیله روابط هممرتبه زیر تعریف می شوند:
(۴‐۹۱)

(۴‐۰۲)
معادلات ۴‐۹۱و ۴‐۰۲ فیلتر کردن سیگنال با فیلترهای دیجیتال h(k) و g(k) که معـادل عملگـر
ریاضی کانولوشن با پاسخ ضربه فیلترها میباشد، را نمایش میدهد. فاکتور 2k کاهش نمونههـا را
نمایش میدهد.
۴٢
عملگرهای G و H مربوط به گام اول در تجزیه موجک میباشند. تنها تفاوت این است که روابط با
از ضریب 2 معادلات ۴‐١٣و۴‐١۴ چشمپوشی کرده است. بنابراین تبـدیل موجـک گسـسته را

میتوان در یک خط خلاصه کرد‐ شکل ۴‐۷ را ببینید:

(۴‐۱۲)
(0)0(j 1)(j 2)(1)
که ما میتوانیم d  ,d  ,..., d ,d را جزئیات ضرایب و cرا تقریب ضرایب بنامیم.
جزئیات و ضرایب با روش تکرار حاصل می شوند:

شکل۴‐۷ نمایش تجزیه توسط موجک
برای مقایسه این روش با SWT، بیایید دنباله x(k) حاصـل از ضـرب داخلـی سـیبگنال پیوسـته
u(t) با انتقالهای صحیح تابع مقیاس دهی را تعریف کنیم

(۴‐۲۲)
حال، ما میتوانیم SWT را با استفاده از DWT طبق رابطه زیر بدست آوریم
(۴‐۳۲)

که برای هر عدد صحیح j ≥ 0 و هر عدد صحیح k درست است.
۴٣
عملیات بازسازی مشابه عملیات تجزیه است. تعداد نمونههای سـیگنال در هـر سـطحی دو برابـر
− −− −
میشود، از فیلترهای ترکیب کننده نشان داده شده بـا H و G عبـو داده مـیشـود، و سـپس جمـع
− −− −
H و G را طبق روابط زیر تعریف میکنیم

(۴‐۴۲)
(۴‐۵۲)
AP Signal 4 10 x 10 2 5 0 15 10 5 00 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -2 CD5 5 CD6 0.5 0 0 30 20 CD3 10 -50 15 10 CD4 5 0 -0.5 0.5 1 0 0 80 60 40 20 -0.50 40 30 20 10 0 -1 CD1 0.2 CD2 0.5 0 0 400 300 200 100 -0.20 200 150 100 50 0 -0.5
شکل۴‐۸ مثالی از تجزیه .DWT سیگنال اصلی، سیگنال تقریب((AP
و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده مکرر از روابط بالا داریم

(۴‐۶۲)
۴۴
که در حوزه زمانی
(۴‐۷۲)

Dj و cجزئیات و تقریب نامیده میشوند. یک مثـال از تجزیـه در شـکل۸ ، همـراه بـا تقریـب و
جزئیات و سیگنال اصلی نشان داده شده است.
۴‐۶‐ شبکه عصبی
۴‐۶‐۱ مقدمه]۵۳[
خودسازماندهی١٠ شبکهها یکی از موضوعات بـسیار جالـب در شـبکههـای عـصبی میباشـد. ایـن
شبکهها میتوانند انتظام و ارتباط موجود در ورودی خود را تشخیص و به ورودیهـای دیگـر طبـق
این انتظام پاسخ دهند. نرونهای شبکه های عـصبی رقـابتی طـرز تـشخیص گـروه هـای مـشابه از
بردارهای ورودی را یاد میگیرند. نگاشـتهای خـود سـازمانده طـرز تـشخیص گـروه هـای مـشابه
بردارهای ورودی را به این شکل یاد میگیرند که نرونهـای مجـاور هـم از لحـاظ مکـانی در لایـه
نرونی، به بردارهای ورودی مشابه پاسخ می دهند.
یادگیری کوانتیزه نمودن برداری (LVQ) روشی است که از ناظر برای یادگیری شبکه هـای رقـابتی
استفاده میکند. یک لایه رقابتی خود به خود طبقه بندی بردارهای ورودی را یـاد میگیـرد. بـا ایـن
وجود، کلاسهایی که لایه رقابتی پیدا می کند، تنها به فاصله بردارهای ورودی ارتباط دارد. اگـر دو
بردار ورودی خیلی به هم شبیه باشند، احتمالآ لایه رقابتی آن دو را در یک کلاس قرار مـی دهـد.
در شبکه های عصبی رقابتی، روشی یرای تشخیص اینکه آیا دو نمونه بردار ورودی در یک طبقـه

10-Self Organizing
۴۵
قرار می گیرند یا نه، وجود ندارد. با این وجود، شبکه های طبقـه بنـدی بردارهـای ورودی را در
طبقه هایی که توسط خود کاربر تعیین می شوند، انجام می دهد.
۴‐۶‐۲‐ یادگیری رقابتی١١
نرونها در یک لایه رقابتی طوری توزیع می شوند که بتوانند بردارهای ورودی را تـشخیص دهنـد.
معماری یک شبکه رقابتی در شکل(۴‐۹) نشان داده شده است.
جعبه ||dist|| بردار ورودی p و ماتریس وزن ورودی IW1,1 را بـه عنـوان ورودی دریافـت مـی
کند، و برداری شامل s1 عنصر تولید می کنـد. ایـن عناصـر، منفـی فاصـله بـین بـردار ورودی و
بردارهای j IW1,1 تشکیل شده از سطر های ماتریس وزن ورودی، می باشند.

شکل۴‐۹معماری شبکه رقابتی
ورودی خالص١٢ n1 یک لایه رقابتی، با جمع کردن بایاس b با فاصله هـای بردارهـای ورودی از
سطرهای ماتریس وزن، محاسبه میشوند. اگر بایاسها صفر باشند، بیشترین مقداری که یـک ورودی
خالص میتواند داشته باشد، صفر خواهد بود. این هنگامی اتفاق می افتد که بردار ورودی p برابر با
یکی از بردارهای وزن شبکه باشد.

-Competitive Learning -Net Weight

11
12
۴۶
تابع تبدیل رقابتی یک بردار وزن خالص را دریافت می کند، و خروجی صفر را برای همه نرونهـا،
به غیر از نرون برنده (نرون دارای کمترین فاصله)، که همـان نـرون مربـوط بـه بزرگتـرین عنـصر
ورودی خالصn1 میباشد، تولید می کند، و نـرون برنـده دارای خروجـی ۱ خواهـد بـود. فوائـد
استفاده از جمله بایاس در هنگام بحث از آموزش شبکه روشن خواهد شد.
۴‐۶‐۲‐۱ روش یادگیری کوهنن١٣ (learnk)
وزنهای نرون برنده (یک سطر در ماتریس وزن ورودی) با روش یادگیری کوهنن تنظیم می شـود.
فرض کنید که i امین نرون برنده شـود، آنگـاه عناصـر i امـین سـطر از مـاتریس وزن ورودی بـه
صورت زیر تنظیم میشود.
(۴‐۸۲)j IW1,1 (q) j IW1,1 (q − 1)  α ( p(q)− jIW1,1(q−1))
روش یادگیری کوهنن باعث میشود که وزنهای نرون یک بردار ورودی را یـاد بگیرنـد، و بـه ایـن
دلیل در کاربردهای تشخیص الگو مفید می باشد.
به این ترتیب نرونی که بردار وزن آن از همه نرونهای دیگـر بـه ورودی نزدیکتـر اسـت، طـوری
تغییر میکند که بیشتر به ورودی نزدیکتر شود. نتیجه این تغییـر ایـن خواهـد بـود کـه در صـورت
عرضه کردن ورودی مشابه ورودی قبلی بـه شـبکه، نـرون برنـده در رقابـت قبلـی، دارای شـانس
بیشتری برای برنده شدن مجدد خواهد داشت.
هر چقدر ورودیهای بیشتری به شبکه عرضه شود، هر نرونی که بـه ایـن ورودیهـا نزدیکتـر باشـد
بردار وزن آن طوری تنظیم میشود که به این ورودیها نزدیک ونزدیکتر شود. در نتیجه، اگـر تعـداد
نرونها به اندازه کافی باشد، هر خوشه از ورودیهای مشابه، یک نرون خواهد داشـت کـه خروجـی

13-Kohonen Learning Rule
۴٧
آن با عرضه کردن یک بردار از این خوشه یک و در غیر این صورت صـفر خواهـد بـود. بـه ایـن
ترتیب شبکه یاد گرفته است که بردارهای ورودی عرضه شده را طبقه بندی کند.
۴‐۶‐۲‐۲ روش یادگیری بایاس١۴ (learncon)
یکی از محدودیتهای شبکه های رقابتی این است که یک نرون ممکن است هرگز تنظیم نشود. بـه
عبارت دیگر، بعضی از بردارهای وزن نرونی ممکن است در آغاز از هر بردار ورودی دور باشـند،
و هر چند آموزش را ادامه دهیم هرگز در رقابت پیروز نشوند. نتیجـه ایـن اسـت وزن هـای آنهـا
تنظیم نمیشود و هرگز در رقابت پیروز نمی شوند. این نرون های نا مطلـوب، کـه بـه نـرون هـای
مرده اطلاق می شوند، هرگز عمل مفیدی انجام نمی دهند.
برای جلوگیری از روی دادن این مورد، بایاسهایی اعمال میشود تا اینکه نرونهـایی کـه بـه نـدرت
برنده میشوند، احتمال برنده شدن را دررقابتهای بعدی داشته باشند. یک با یـاس مثبـت بـه منفـی
فاصله اضافه می شود، به این ترتیب احتمال برنده شدن نرون دورتر بیشتر می شود.
به این منظور، یک متوسط از خروجی نرونها نگهداری میشود. این مقادیر نمایانگر درصـد برنـده
شدن نرونها در رقابتهای قبلی می باشد. و از آنها برای تنظیم با یاس های نرونها استفاده می شوند
به این ترتیب که با یاس نرونهای غالبا برنده کاهش و بر عکس با یاس نرونهایی که بندرت برنـده
می شود، افزایش می یابد.
برای اطمینان از درستی متوسطهای خروجی، نرخ یادگیری learncon بسیار کمتر از learnk انتخـاب
می شود. نتیجه این است که بایاس نرونهایی که اغلب بازنده اند در مقابل نرون هـای غالبـا برنـده
افزایش مییابد. هنگامی که بایاس نرونهای غالباﹰ بازنده افزایش می یابد، فضای ورودی که نرون بـه

14-Bias Learning Rule
۴٨
آن پاسخ می دهد نیز گسترش می یابد. هر چقـدر فـضای ورودی افـزایش بیابـد، نرونهـای غالبـاﹰ
بازنده، به ورودیهای بیشتری پاسخ میدهند. سرانجام این نرون نـسبت بـه سـایر نرونهـا بـه تعـداد
برابری از ورودیها پاسخ خواهد داد
این امر، دو نتیجه خوب دارد. اول اینکـه، اگـر یـک نـرون بـه علـت دوری وزنهـای آن از همـه
ورودیها هرگز برنده نشود، بایاس آن عاقبت به حدی بزرگ خواهد شد که این نرون بتواند برنـده
شود. وقتی که این اتفاق ( برنده شدن نرون ) روی داد، این نرون به سمت دسته هـایی از ورودی
حرکت خواهد کرد. هنگامی که وزن یک نرون در بازه یک دسته از ورودیها قـرار گرفـت، بایـاس
آن به سمت صفر کاهش خواهد یافت به این ترتیب مشکل نرون بازنده حل خواهد شد.
فایده دوم استفاده از بایاس این است که آنها نرونها را وادار می کننـد کـه هـر کـدام درصـدهای
یکسانی از ورودیها را طبقه بندی کنند. بنابراین، اگـر یـک ناحیـه از فـضای ورودی دارای تعـداد
بیشتری از بردارهای ورودی نسبت به سـایر مکانهـا باشـد، ناحیـه بـا چگـالی بیـشتر در ورودی،
نرونهای بیشتری جذب خواهد کرد. و در نتیجه این ناحیه بـه زیـر گروههـای کـوچکتری تقـسیم
خواهد شد.
۴‐۷‐ نگاشت های خود سازمانده١۵ (SOM)
نگاشت های خود سازمانده یاد می گیرند کـه بردارهـای ورودی را آنطـور کـه در فـضای ورودی
طبقه بندی شده اند، طبقه بندی کنند. تفاوت آنها با لایه های رقابتی این است که نرونهای مجـاور
نگاشت خود سازمانده، قسمتهای مجاور از فضای ورودی را تشخیص می دهند.

15-Self Organizing Maps
۴٩
بنابراین، نگاشتهای خود سازمانده هم توزیع( مثل لایه ها رقابتی) و هم موقعیت مکانی بردارهای
ورودی آموزشی را یاد می گیرند. در اینجا یک شبکه نگاشت خود سازمانده نرون برنـده i* را بـه
روشی مشابه لایه رقابتی تعیین می کند. اما به جای اینکه تنها نرون برنده تنظیم شود، تمام نرونهـا
در یک همسایگی مشخص N (d) از نرون برنده با استفاده از قانون کوهنن تنظیم می شوند. یعنی،
i*
ما تمام نرونهای i Ni* (d) را طبق رابطه زیر تنظیم می کنیم
(۴‐۹۲)i W (q)i W (q − 1)  α ( p(q)−i IW (q−1))
یا
(۴‐٣٠i W (q) (1−α) i W (q − 1)  αp(q)(
در اینجا همسایگی N (d) شامل آندیس تمام نرونهایی است کـه در شـعاع d بـه مرکزیـت نـرون
i*
برنده i* قرار دارند.
(۴‐۱۳)Ni* (d)  {j,dij≤d}
بنابراین، هنگامی که بردار p به شبکه عرضه میشود، وزنهای نرون برنده و همسایه های نزدیک آن
به سمت p حرکت خواهد کرد. در نتیجه، بعد از آزمونهای پی در پی فـراوان، نرونهـای همـسایه،
نمایانگر بردارهای مشابه هم خواهند بود.
برای توضیح مفهوم همسایگی، شکل ۴‐۰۱ را در نظر بگیرید. شکل سمت چـپ یـک همـسایگی
دو بعدی به شعاع d=1 را حول نرون 13 نشان میدهد. دیاگرام سمت راست یـک همـسایگی بـه
شعاع d=2 را نشان میدهد. این همسایگی ها را میتوان به صورت زیر نوشت:
N13 (1)  {8,12,13,14,18}
و
۵٠
N13 (2)  {3,7,8,9,11,12,13,14,15,17,18,19,23}

شکل۴‐۰۱نمایش همسایگی
میتوان نرونها را در یک فضای یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی یا حتـی بـا ابعـاد بیـشتر نیـز قـرار
دهیم. برای یک شبکه SOM یک بعدی ، یک نرون تنها دو همسایه (یا اگر نرونها در انتها باشـند
یک همسایه) در شعاع یک خواهد داشت.
۴‐۸‐ شبکه یادگیری کوانتیزه کننده برداری١۶]۵۳[
معماری شبکه عصبی LVQ در شکل۴‐۱۱ نشان داده شده است. یـک شـبکه LVQ در لایـه اول از
یک شبکه رقابتی و در لایه دوم از یک شبکه خطی تـشکیل شـده اسـت. لایـه رقـابتی بردارهـای
ورودی را به همان روش لایه های رقابتی ذکر شده، طبقه بندی میکند. لایه خطـی نیـز کلاسـهای
لایه رقابتی را بصورت کلاسهای مورد نظر کاربر طبقه بندی میکند. ما کلاسهایی کـه لایـه رقـابتی
جدا کرده است را زیر کلاس و کلاسهایی را که لایـه خطـی مـشخص میکنـد، کلاسـهای هـدف
مینامیم.

16-Learning Vector Quantization Networks
۵١

شکل۴‐۱۱ معماری شبکه LVQ
هر دوی لایه های رقابتی و خطی دارای تنها یک نرون بـرای هـر زیـر کـلاس یـا کـلاس هـدف
هستند. به همین دلیل لایه رقابتی میتواند S1 کلاس را یاد بگیرد. در مرحله بعد این S1 کـلاس در
S2 کلاس توسط لایه خطی طبقه بندی خواهد شد.( S1 همیشه از S2 بزرگتر است.)
برای مثال فرض کنید که نرونهای ١،٢و٣ در لایهرقابتی، زیر کلاسهایی از ورودی را یـاد میگیرنـد
که به کلاس هدف شماره ٢ لایه خطی تعلق دارند. آنگـاه نرونهـای رقـابتی ١،٢و٣ دارای وزنهـای
Lw2,1 برابر یک در نرون n2 لایهخطی، و وزنهای صفر برای بقیه نرونهای لایه خطی خواهند بود.
بنابراین این نرون لایه خطی ( ( n2 در صورت برنده شدن هر یک از نرونهای ١،٢و٣ لایـه رقـابتی،
یک ١ در خروجی ایجاد خواهد کرد. به این ترتیب زیر کلاسهای لایه رقابتی بـصورت کلاسـهای
هدف ترکیب خواهند شد.
خلاصه، یک ١ در iامین ردیف از a1 (بقیه عناصر a1 صفر خواهد بود)، iامـین ردیـف از Lw2,1
را به عنوان خروجی شبکه انتخاب میکند. این ستون شامل یک ١ که نمایانگر یـک کـلاس هـدف
است، خواهد بود را تعیین کنیم. اما ما باید با استفاده از یک عملیات آموزشی به لایه اول بفهمانیم،
که هر ورودی را در زیر کلاس مورد نظر طبقه بندی کند.
۵٢
۴‐٨‐١ روش یاد گیری (learnlv1) LVQ1
یادگیری LVQ در لایه رقابتی بر اساس یک دسته از جفتهای ورودی/ هدف میباشد.
(۴‐۲۳){ p1 ,t1},{ p2 ,t2},...,{ pQ ,tQ}
هر بردار هدف شامل یک ١ میباشد. بقیه عناصر صفر هستند. عدد ١ نمایانگر طبقه بردار ورودی
میباشد. برای نمونه، جفت آموزشی زیر را در نظر بگیرید.
0 2 (۴‐٣٣) 0 − 1 ,  t1 p1 1 0 0 در اینجا ما بردارهای ورودی سه عنصری داریم، و هر بردار ورودی باید به یکی از چهـار کـلاس
تعلق گیرد. شبکه باید طوری آموزش یابد که این بردار ورودی را در سومین کـلاس طبقـه بنـدی
کند.
به منظور آموزش شبکه، یک بردار ورودی p ارائه میشود، و فاصله از p بـرای هـر ردیـف بـردار
وزن ورودی Iw1,1 محاسبه میشود. نرونهای مخفی لایه اول به رقابت می پردازند. فرض کنیـد کـه
iامین عنصر از n1 مثبت ترین است، و نرون i* رقابت را می برد. آنگاه تابع تبدیل رقابتی یک ۱ را
به عنوان i* عنصر از a1 تولید می کند. تمام عناصر دیگرa1 صفر هستند. هنگـامی کـهa1 در وزنهـای
لایه دوم یعنیLw2,1 ضرب میشود، یک موجود در a1 کلاس k* مربوطه راانتخاب میکنـد. بـه ایـن
ترتیب، شبکه بردار ورودی p را در کلاس k* قرار داده و a2 یک شـده اسـت. البتـه ایـن تعیـین
k*
کلاس بردار p توسط شبکه بسته به اینکه آیا ورودی در کلاس k* است یا نه، میتواند درسـت یـا
غلط باشد.
۵٣
اگر تشخیص شبکه درست باشد سطر i* ام ازIw1,1 را طوری تصحیح میکنیم کـه ایـن سـطر بـه
بردار ورودی نزدیکتر شود، وبرعکس، در صورت غلـط بـودن تـشخیص ، تـصحیح بـه گونـه ای
صورت میگیرد که این سطر ماتریس وزن Iw1,1 از ورودی دورتر میشود. بنابراین اگـر p درسـت
طبقه بندی شود، یعنی
(۴‐٣۴( a2k*  tk*  1)(
ما مقدار جدید i* امین ردیف ازIw1,1 را چنین تنظیم میکنیم:
(۴‐٣۵) IW1,1 (q)i*IW1,1α(p(q)−i*IW1,1(q−1))
از طرفی، اگر طبقه بندی اشتباه باشد،
(۴‐٣۶) a2k*  1 ≠ tk*  0
مقدار جدیدi* امین ردیف را Iw1,1 را طبق رابطه زیر تغییر میدهیم
(۴‐۷۳) IW1,1 (q)i*IW1,1−α(p(q)−i*IW1,1(q−1))
این تصحیحات موجب میشود که نرون مخفی به سوی برداری کـه در کـلاس مربوطـه قـرار دارد
حرکت کند و از طرفی از سایر بردارها فاصله بگیرد.
۴‐۸‐۲ روش یادگیری تکمیلی١٧ LVQ21
روش یادگیری که در اینجا توضیح میدهیم را میتوانیم بعد از استفاده از 1 بکار ببریم. بکـارگیری
این روش ممکن است نتایج یادگیری اولیه را بهبود بخشد.
اگر نرون برنده در لایه میانی، بردار ورودی را به درستی طبقه بندی ننمود، بردار وزن آن نـرون را
طوری تنظیم میکنیم که از بردار ورودی فاصله بگیرد و به طور همزمان بردار وزن متناظر با نرونی

17-Supplemental Learning Rule
۵۴
را که بیشترین نزدیکی را به بردار ورودی دارد، طوری تنظیم میکنیم کـه بـه سـمت بـردار ورودی
حرکت نماید(به بردار ورودی نزدیکتر گردد).
زمانی که شبکه بردار ورودی را به درستی طبقه بندی نمود، تنها بردار وزن یـک نـرون بـه سـمت
بردار ورودی نزدیک میشود. اما اگر بردار ورودی بطور صحیح طبقـه بنـدی نـشد، بـردار وزن دو
نرون تنظیم میشود، یکی به سمت بـردار ورودی نزدیـک میـشود و دیگـری از بـردار ورودی دور
میشود.
۴‐۹‐ مقایسه شبکههای رقابتی
یک شبکه رقابتی طرز طبقه بندی بردار ورودی را یاد میگیرد. اگر تنها هدف ایـن باشـد کـه یـک
شبکه عصبی طبقه بندی بردارهای ورودی را یاد بگیرد، آنگاه یک شـبکه رقـابتی مناسـب خواهـد
بود. شبکه های عصبی رقابتی همچنین توزیع ورودیها را نیز با اعطای نرونهای بیشتر بـرای طبقـه
بندی قسمتهایی از فضای ورودی دارای چگالی بیشتر، یاد میگیرنـد. یـک نگاشـت خودسـازمانده
طبقه بندی بردارهای ورودی را یاد میگیرد. همچنین توضیع بردارهای ورودی را نیـز یـاد میگیـرد.
این نگاشت نرونهای بیشتری را برای قسمتهایی از فضای ورودی که بردارهای بیشتری را به شبکه
اعمال میکند، در نظر میگیرد.
نگاشت خودسازمانده، همچنین توپولوﮊی بردارهای ورودی را نیز یـاد خواهـد گرفـت. نرونهـای
همسایه در شبکه به بردارهای مشابه جواب میدهنـد. لایـه نرونهـا را میتـوان بـه فـرم یـک شـبکه
لاستیکی کشیده شده در نواحی از فضای ورودی که بردارها را به شبکه اعمال کرده است، تـصور
کرد.
۵۵
در نگاشت خودسازمانده تغییرات بردارهای خروجی نسبت به شبکه های رقابتی بسیار ملایـم تـر
خواهد بود.
شبکه عصبی LVQ بردارهای ورودی را در کلاسهای هدف به وسیله یک لایـه رقـابتی بـرای پیـدا
کردن زیر کلاسهای ورودی، و سپس با ترکیب آنها در کلاسهای هدف، طبقه بندی میکنند.
بر خلاف شبکه های پرسپترون که تنها بردارهای مجزا شده خطی را طبقه بنـدی میکننـد، شـبکه
های LVQ میتواند هر دسته از بردارهای ورودی را طبقه بندی کند. تنها لازم است که لایـه رقـابتی
به اندازه کافی نرون داشته باشد، تا به هر طبقه تعداد کافی نرون تعلق بگیرد.
۵۶

۵٧
۵‐۱‐ نحوه بدست آوردن سیگنالها
در این پایان نامه ۴ نوع سیگنال داریم که عبارتند از سـیگنالهای فرورزونـانس، کلیـدزنی خـازنی،
کلیدزنی بار، کلیدزنی ترانسفورماتور. سیگنالها را به دو دسته تقسیم می کنیم که دسته اول شـامل
انواع فرورزونانس و دسته دوم شامل انواع کلیدزنی خازنی، کلیدزنی بار، کلیـدزنی ترانـسفورماتور
می باشند. سیگنالها، با شبیه سازی بر روی فیدر توزیع واقعی توسط نرم افزار EMTP بدست آمـده
است که نحوه بدست آوردن سیگنالها در زیر توضیح داده شده است.
۵‐۱‐۱‐ سیگنالهای فرورزونانس
از آنجائیکه در وقوع پدیده فرورزونانس پارامترهای مختلف از جمله انواع کلید زنیها، نوع اتـصال
ترانسفورماتور، پدیده هیسترزیس، خاصیت خازنی خـط، طـول خـط و بـار مـوثر هـستند، انـواع
سیگنالهای فرورزونانس با بررسی اثرات هر یک از خواص بر روی شبکه واقعی بدست آمده انـد.
برای بدست آوردن این سیگنالها، بخشی از یک فیدر 20kV جزیره قشم کـه در شـکل ۵‐۱ نـشان
داده شده است انتخاب شده است] ۶۳.[

U

315 500 315 250 315 100 800 250
1250

315 315 500 315 1250 630 500 315 500 800 630 800 100 630 250
شکل۵‐۱. فیدر 20kV
۵٨
۵‐١‐٢‐ انواع کلید زنیها و انواع سیم بندی درترانسفورماتورها
عملکرد غیر همزمان کلیدهای قدرت و تغذیه ترانسفورماتور بی بار یا کم بار توسط یک فاز یا دو
فاز خط انتقال، شرایط بسیار مساعدی برای تحقق فرورزونانس مهیا می کند. عملکرد غیر همزمان
کلیدهای قدرت که در اثر قطع فاز یا گیر کردن کنتاکتهای بریکر در شبکه اتفاق می افتد را میتـوان
به دو نوع کلیدزنی تکفاز و دوفاز تقسیم بندی کرد. در این قسمت تاثیر انواع سیم بندیهای ترانس
20/0.4kv ابتدای فیدر را در اثر کلیدزنی تکفاز و دوفاز بررسی می کنیم.
الف)ترانس Yزمین شده ∆ /

شکل۵‐۲ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۳ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
۵٩
ب)ترانس Yزمین نشدهY/ زمین شده

شکل۵‐۴ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۵ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
ﭖ)ترانس Yزمین شدهY/ زمین شده

شکل۵‐۶ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۷ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
۶٠
ت)ترانس ∆/∆

شکل۵‐۸ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۹ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
ث)ترانس Y/∆ زمین شده:

شکل۵‐۰۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

۶١
شکل۵‐۱۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
ج)ترانس Yزمین نشدهY/ زمین نشده

شکل۵‐۲۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۳۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
چ )ترانس Yزمین نشده ∆ /

شکل۵‐۴۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۵۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
۶٢
ح )ترانسفورماتور Y/∆ زمین نشده:

شکل۵‐۶۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۷۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
همانطور که ملاحظه می شود سوئیچینگ تکفاز که بدترین حالت کلیدزنی است باعـث بـه اشـباع
رفتن سریع هسته می شود. در این نوع کلیدزنی اضافه ولتاﮊهایی بصورت دائم و با دامنـه بـیش از
۲ برابر ولتاﮊ سیستم خواهد بود. در کلید زنی دوفاز نوسانات پایه یا زیر هارمونیک دائـم بـا دامنـه
۵,۱ تا ۷,۱ برابر خواهد بود. زمین کردن نقطه ستاره ترانس اگرچه احتمال فرورزونـانس را از بـین
نمی برد ولی احتمال آن را کمتر و دامنه اضافه ولتاﮊهای ناشی از این پدیده را کمتـر مـی کنـد. در
حالت کلید زنی دوفاز این احتمال بسیار پایین می آید و وقوع آن به شرایط دیگر سیـستم بـستگی
دارد و در صورت وقوع، سیستم دارای هـر چـه مقاومـت نـوترال یـا زمـین کمتـر باشـد احتمـال
۶٣
فرورزونــانس کمتــر اســت. در ظرفیتهــای خــازنی مــساوی، اضــافه ولتاﮊهــای فرورزونــانس
درترانسفورماتور مورد نظر در حالت اتصال ستاره با نوترال زمین شده بسیار کمتر اسـت. بـا قطـع
نوترال ترانسفورماتور مورد نظر و قطع تک فاز و دو فاز اضافه ولتاﮊهای بسیار بزرگتـری حاصـل
می شوند که حتی از حالت اتصال مثلث‐ ستاره بزرگتر می باشـند. همچنـین بـا توجـه بـه شـبیه
سازیهای انجام شده، فازهای مختلف ترانسفورماتور دارای رفتار مساوی در مقابل اضافه ولتاﮊهای
فرورزونانس نیسستند.
۵‐۱‐۳‐ اثر بار بر فرورزونانس
همچنانکه می دانیم اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در هنگام بی باری و یا کم بـاری ترانـسفورماتور
به وجود می آید. با افزایش بار اضافه ولتاﮊهای ناشی از فرورزونـانس بـسیار کـم اسـت ولـی بـا
تعدادی از بارها اضافه ولتاﮊهای ناشی از فرورزونانس بسیار زیاد می شود

شکل ۵‐۸۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر افزایش بار
۶۴

شکل ۵‐۹۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر قطع تعدادی از بارها
۵‐۱‐۴‐ اثر طول خط
با کاهش طول خط، در حالت کلیدزنی تکفاز که بدترین نوع کلیـد زنـی اسـت، اضـافه ولتاﮊهـای
بسیار زیادی بوجود می آید ولی با افزایش طول خـط، اضـافه ولتاﮊهـا بـسیارکمتر میـشود کـه در
شکلهای زیر مشاهده می شود. پس هر چه طول خط کمتر باشد احتمال وقوع فرورزونانس بیـشتر
است.

—d1809

در این راه با توجه به تصریح اصل 44 قانون اساسی مبنی بر انحصار فعالیت سازمان صدا و سیما مستثنی شدن این سازمان از سیاست های کلی اصل 44 )مقام رهبری،1384) که درخرداد سال 1384 توسط رهبر انقلاب ابلاغ شد و سایر انحصارات در بخش‌های اقتصادی را شکست.
یکی از مسیرهای تاسیس رادیو تلویزیون خصوصی در کشور، می‌تواند تهیه سیاست‌های کلی اصل 44 در حوزه رسانه توسط مجمع تشخیص مصلحت نظام و تایید و ابلاغ آن توسط رهبر انقلاب مشابه سایر سیاست های کلی می باشد.
اقدام دیگر تدوین و تقویت قانون تاسیس رادیو تلویزیون خصوصی توسط مجلس شورای اسلامی است تا بستر قانونی لازم را برای فعالیت در این عرصه فراهم آورد که در این مسیر تجربیات سایر کشورها به ویژه کشورهای مشابه نظیر افغانستان، پاکستان، مالزی و ترکیه که طی دو دهه اخیر این مسیر را پیموده اند بسیار راهگشا خواهد بود.
همزمان، پیشگام شدن نهادهای عمومی نظیر جهاد دانشگاهی، سازمان تبلیغات اسلامی، خبرگزار ی جمهوری اسلامی و سایر نهاد ها و بنیادهای مشابه در تاسیس شبکه های تلویزیونی خارج از صداوسیما یا واگذاری برخی از شبکه های موجود به این نهادها است که انحصار موجود در مدیریت رادیو و تلویزیون به نحوی تدریجی رفع گردد، تجربه موفق خبرگزاری‌های غیردولتی ایسنا، مهر و فارس که توسط نهادهای غیردولتی برای شکستن انحصار خبرگزاری‌های دولتی ایرنا و واحد مرکزی خبر انجام شد، می تواند الگوی تاسیس تلویزیون غیردولتی نیز باشد.
نکته مهم در این میان لزوم توجه به حفظ ابزارهای حاکمیتی برای مدیریت و کنترل شبکه های خصوصی است که در بخش پخش امواج و فرستنده های تلویزیونی می تواند کنترل حاکمیتی حفظ گردد تا زمینه نگرانی ها برای سوء استفاده از تلویزیون خصوصی علیه فرهنگ و امنیت ملی رفع گردد.
در این میان عدم مخالفت و مقاومت مدیران صدا و سیما در برابر ایجاد و فعالیت رادیو تلویزیون خصوصی یکی از ملزومات تسریع در پیمودن این مسیر است.
مدیران صدا و سیما نباید تاسیس تلویزیون خصوصی را تهدیدی برای خود و جایگاه این سازمان بدانند چرا که با توجه به پیشینه و امکانات مالی و فیزیکی صدا و سیما، این سازمان عملا رقیبی غیر قابل جایگزینی برای شبکه های تلویزیونی خصوصی خواهد بود. اما شکل گرفتن فضای رقابت و نوآوری می تواند موجب خلق فرصت ها، شناسایی نیروها و ایجاد نشاط در این عرصه شود که در بهبود عملکرد رسانه ملی نیز موثر خواهد بود.
در این شرایط، به نظر می رسد، پرداختن جدی به مقوله تاسیس تلویزیون خصوصی نه به عنوان یک ایده و آرزو بلکه به مثابه واقعیتی اجتناب ناپذیر در قرن 21 که با حضور رسانه های نوین و دیجیتال نظیر تلویزیون اینترنتی و هزاران شبکه ماهواره ای تلویزیون عملا دوره انحصار در رسانه ها را خاتمه داده است، یک نیاز ضروری جامعه است.
بنابراین موضوع شکسته شدن انحصار در رادیو تلویزیون از مسائل امروز جامعه است که با توجه به تحولات تکنولوژیک و ورود شبکه های ماهواره ای و تلویزیونهای وب و همچنین تکثر دیدگاههای داخل کشور مورد توجه افکارعمومی وصاحب نظران می باشد.
3-1- مساله اصلی تحقیقبا گذشت بیش از سه دهه از تاسیس نظام جمهوری اسلامی، تبیین الگوی مطلوب نظام رادیو - تلویزیونی کشور تا کنون انجام نشده است.
تفسیر رسمی اصل 44 قانون اساسی بر انحصار دولتی رادیو تلویزیون در کنار تعدادی دیگر از حوزه های اقتصادی تاکید دارد و بر این اساس نظام رسانه ای موجود در ایران بر اساس ساختار انحصار دولتی رادیو- تلویزیون، خبرگزاری‌های دولتی و عمومی و مطبوعات دولتی، عمومی و خصوصی شکل گرفته است، اما آیا این الگو تامین کننده نیازهای کشور و بهترین ساختار ممکن رسانه ای برای جمهوری اسلامی است؟
واقعیت آن است که هم اکنون نیازهای فراوانی در حوزه رسانه ها به ویژه در شاخه رسانه های دیداری- شنیداری وجود داردکه تاکنون به آن پاسخ داده نشده و منجر به بروز بسیاری از ناهنجاری ها به ویژه گسترش روزافزون مخاطب شبکه های ماهواره ای و استفاده از محصولات فرهنگی غیر مجاز شده است، این موضوع علاوه بر پیامدهای نامطلوب فرهنگی و اجتماعی و آثار زیان بار اخلاقی، دارای تاثیرات منفی فراوانی در سایر حوزه ها به ویژه عرصه های اجتماعی، فرهنگی و سیاسی است.
به نظر می‌رسد، طراحی و تبیین الگوی رسانه های دیداری – شنیداری کشور ، متناسب با اهداف نظام جمهوری اسلامی و تامین‌کننده نیازهای کنونی جامعه یکی از ضرورت های امروز کشور باشد، که مساله اصلی این تحقیق می‌باشد. با توجه به وجود انحصار دولتی در بخش رادیو تلویزیون به نظر می‌رسد شکسته شدن این انحصار و امکان‌سنجی تاسیس رادیو تلویزیون غیردولتی، مهمترین بخش این الگو باشد که به صورت ویژه در این تحقیق مورد بررسی قرار می‌گیرد.
لازم به ذکر است فارغ از مباحث تئوریک و مبانی اسلامی الگوی مذکور، تحولات اخیر در حوزه فن‌آوری و ظهور رادیو - تلویزیون دیجیتال و رادیو-تلویزیون وب و همچنین سهولت دسترسی به شبکه های ماهواره ای تداوم وضعیت موجود و حفظ انحصار دولتی در رسانه‌های دیداری- شنیداری را غیر ممکن کرده است و در صورت عدم توجه به تدبیر مناسب برای حل این مساله، خلأ موجود اجتماعی در حوزه رسانه، خود به نیازهای برآورده نشده در این حوزه پاسخ خواهد داد.
حفظ امنیت و منافع ملی در جوامع در حال گذار، منوط به توسعه همه جانبه، پایدار و موزون است. در این میان توسعه فرهنگی منوط به تعامل خرده‌فرهنگ‌های داخلی، دادوستد میان فرهنگ ملی ایرانی با دیگر فرهنگ‌ها، مدیریت چالش‌های فرهنگی موجود، بسط و توزیع کالاها و خدمات فرهنگی به سراسر کشور و استیفای حقوق فرهنگی شهروندان است. براساس این ضرورت، رادیو وتلویزیون باید قادر باشند به‌عنوان رسانه‌ای اثرگذار، چالش‌های فرهنگی موجود را مدیریت کنند.
با توجه به دیدگاههای گوناگون و شاید متضاد در مورد تاسیس و فعالیت شبکه های خصوصی به نظر می رسد، "قانون اساسی فقط تکلیف سازمان موجود رادیو و تلویزیون را معین کرده است اما نفی کننده رادیو – تلویزیون‌های خصوصی نیست "(محمدی1379) و جز در اصل 44 که با سیاستهای کلی ابلاغ شده توسط رهبرانقلاب موانع مرتفع گردیده است، صراحتی در قانون اساسی جهت منع فعالیت بخشهای غیردولتی در حوزه رادیو-تلویزیون وجود ندارد.
بنابراین مساله اصلی تحقیق، یافتن الگوی کارآمد برای نظام رسانه‌ای دیداری وشنیداری کشور است، در طراحی این الگو بررسی مهمترین موضوع، بررسی ضرورت امکان ایجاد تکثر ساختاری در رادیو تلویزیون رسمی ایران می باشد.
4-1- پیشینه تحقیق1-4-1- سوابق داخلی: اقتدارگرایی تلویزیون دولتی
محمدی(1379) در کتابی با عنوان سیمای اقتدارگرایی تلویزیون دولتی ایران ضرورت تاسیس تلویزیون خصوصی را مورد بررسی قرارداده وپیش نویس قانون تاسیس تلویزیون خصوصی را ارائه داده است.
لزوم راه اندازی تلویزیون خصوصی
نقبایی (1383) در رساله کارشناسی ارشد خود در رشته ارتباطات، لزوم راه اندازی تلویزیون خصوصی در ایران از نگاه اساتید ارتباطات را بررسی کرده است.
وی با جمع آوری اطلاعات میدانی از اساتید ارتباطات به این نتیجه رسیده است که:
اکثریت مطلق اساتید موافق با تدوین قانون خاص تلویزیون خصوصی،و موافق با محو شدن انحصار رسانه ای دولتی با پیدایش تکنولوژی نوین ،افزایش توجه مدیران و گردانندگان رسانه مستقل و خصوصی به نیاز و دیدگاه جامعه، خواسته مردم در جهت تکثر اطلاعات ، عدم پاسخگویی اصل 175 قانون اساسی به تحولات اخیر در حوزه رسانه، عدم تامین نیازهای جامعه توسط صداوسیماو گرایش افراد به رسانه های برون مرزی، وموافق تاسیس تلویزیون خصوصی میباشند.
نظام های تلویزیونی
محمودیان(1376) در رساله کارشناسی ارشد با عنوان پژوهشی در نظامهای تلویزیونی سرمایه داری، بلوک شرق وجهان سوم در دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرکز ارتباط میان نظام مالکیت وکارکرد رادیو تلویزیون را بررسی کرده وبه نتایج زیر رسیده است.
در نظام تلویزیونی جوامع سرمایه داری، هدف اصلی جنبه اقتصادی است که سعی در تحقق آن دارند.
در نظام تلویزیونی جوامع سوسیالیستی برخلاف اساس القائات ایدئولوژیک، در این زمینه موفقیتی به دست نیامده است.
در نظام تلویزیونی کشورهای جهان سوم تلویزیون ابزاری برای نفوذ و قدرت کشورهای سلطه گر در آن جوامع است.
چشم انداز رادیو تلویزیون
اکبرز‌اده(۱۳۸۶) در پژوهشی با‌عنو‌ان‌: چشم‌ ‌اند‌از تحولات‌ ر‌ادیو و تلویزیون‌ در ‌ایر‌ان‌ که برای وز‌ارت‌ فر‌هنگ‌ و ‌ارشاد ‌اسلامی‌ انجام شده است ، به این نتیجه رسیده است :
امکان راه‌اندازی تلویزیون تعاملی در کشور به دلیل مشکلات ''اجتماعی و فرهنگی''، ''فنی و تولیدی'' و ''حقوقی و قانونی'' در آینده نزدیک، میسر نیست.
براساس این تحقیق، راه‌اندازی تلویزیون کابلی در تهران حداقل به 300 تا 400 میلیارد تومان سرمایه‌گذاری و نیروی متخصص و کارآمد نیاز دارد.
این محقق تلویزیون تعاملی را متفاوت از تلویزیون دور از تخیل دانسته و برنامه‌ها و خدمات آن را شامل سرویس 24 در 7، مسابقات تلویزیونی، بازی از طریق اینترنت، آگهی‌های بازرگانی تعاملی، سفارش و خرید، ویدئوی درخواستی، راهنمای الکترونیک برنامه، دسترسی به اینترنت و رای‌گیری ارزیابی کرده است.
وی در خصوص تفاوت تلویزیون سنتی و تعاملی نتیجه گرفته است: در تلویزیون تعاملی بیننده فعال است و برنامه‌ها نیز از جذابیت بیشتری برخوردارند و دسترسی به کانال‌های متعدد نیز امکان‌پذیر است.
ارکان تلویزیون ملی ایران
منشی (1350) در رساله کارشناسی ارشد خود باعنوان ارکان سازمان تلویزیون ملی ایران در دانشگاه شهید بهشتی نقش تلویزیون بخش خصوصی قبل وبعد از ادغام در بخش دولتی را بررسی کرده است.
تأسیس رادیو تلویزیون خصوصی
حسینی پاکدهی (1375) در پایاننامه کارشناسی ارشد با عنوان مسأله تأسیس رادیو تلویزیون خصوصی در ایران: نظرسنجی از متخصصان و مسئولان، که در دانشکده علوم اجتماعی دانشگاه علامه طباطبایی، انجام شده است، به این موضوع پرداخته است، پاسخگویان این تحقیق را که به روش کیو انجام شده است، دو گروه متخصصان و مسئولان رسانه تشکیل دادهاند.
بر اساس این تحقیق، سه چهارم پاسخگویان عقیده داشتند که عملکرد رادیو و تلویزیون مناسب و مطلوب نیست و سازمان صداوسیما در جهت تحقق مهمترین وظایف و نقشهای خود گام برنمیدارد. همچنین یک پنجم پاسخگویان به فعالیت رادیو و تلویزیون با ساختار دولتی و خصوصی در کنار یکدیگر به عنوان ساختار پیشنهادی رادیو و تلویزیون با ساختار دولتی و خصوصی در کنار انحصار اطلاعات چه توسط بخش دولتی و چه بخش خصوصی مخالف بوده و آنرا موجب فروپاشی سلسله اعصاب جامعه و عقبماندگی فرهنگی دانستهاند. به علاوه بر این باور بودهاند که رادیو و تلویزیون بیش و پیش از هر چیز باید به آگاهیدهی، هشیارسازی، اطلاعرسانی، آموزش، ترتیب و تحکیم وحدت و حفظ هویت فرهنگی و ملی بپردازند و نه سرگرمی و تفریح.
ضرورت تاسیس تلویزیون خصوصی
محمدی(1388)، در رساله کارشناسی ارشد خود با عنوان " بررسی ضرورت های تأسیس و مصرف تلویزیون خصوصی در ایران و ترسیم الگوی مطلوب برای آن"، در دانشکده صداوسیما این موضوع را بررسی کرده است.
در این پژوهش که با به کارگیری دو روش اسنادی-کتابخانه ای و مصاحبه عمیق انجام گرفته، کوشش شده است تا ضرورت های تأسیس و مصرف تلویزیون های خصوصی در ایران بررسی و الگویی برای گذار از شرایط انحصار کنونی و ورود به فضایی که در این رساله از آن به عنوان بازار پیام یاد می شود، ترسیم گردد. ریشه یابی دلایل انحصار دولتی تلویزیون در ایران، آشنایی با شیوه عمل و تجربه برخی کشورها در داشتن هردو تلویزیون دولتی و خصوصی، پیش بینی آسیب های احتمالی ناشی از راه اندازی تلویزیون خصوصی در کنار تلویزیون دولتی و راهکارهای اجتناب از این آسیب ها نیز سایر اهداف این پژوهش را تشکیل می دهد. در نهایت، با بررسی اظهارات صاحب نظران ارتباطات و رسانه و مطالعه قوانین رسانه ای کشورهای افغانستان، پاکستان، ترکیه و لبنان که نشان می داد در این کشورها صدور مجوز و نظارت بر تلویزیون های دولتی و خصوصی بر عهده نهادهای شورایی، با سطح اختیارات متفاوت، قرار دارد، الگویی هفت بخشی حاوی شروط لازم جهت گذر از انحصار و ورود به شرایط تکثر در رسانه های دیداری و شنیداری ارائه شده است.
بخش اصلی این تحقیق مصاحبه با 17تن از اساتید و خبرگان حوزه رسانه وتحلیل محتوای این مصاحبه ها می باشد که محقق بر اساس آن الگوی صدور مجوز ونظارت بر رادیو تلویزیون خصوصی و زمینه های موفقیت وشکست آن را تبیین می کند.
نظام حقوقی مطلوب رادیو تلویزیون ایران
حسینی پاکدهی(1382) در رساله دکترا در دانشکده علوم اجتماعی دانشگاه علامه طباطبایی، موضوع نظام حقوقی مطلوب رادیو تلویزیونی در ایران را بررسی کرده است. در این پژوهش محقق با مروری برنظریه ها ونظام های رسانه ای، مدل رادیو تلویزیون خدمت عمومی را به‌عنوان مدل منتناسب با قانون اساسی وارزشهای علمی واخلاقی دانسته است.
تحقیق مذکور که با استفاده از روش اسنادی انجام شده است ، 5 فرضیه را درباره نظام رسانه ای فعلی ومطلوب ایران ارائه کرده وبه بررسی آنها پرداخته است، وی وضعیت فعلی سازمان صداوسیما را متناسب با اهداف ، انتظارات و ظرفیتهای موجود در قانون اساسی نمی داند.
در بخش دیگر این پژوهش بررسی تطبیقی میان نظام رسانه ای ایران وتعدادی از کشورهای غربی انجام شده است.


در پایان این پژوهش پنج پیشنهاد به عنوان نخستین گامهای اساسی برای دستیابی به نظام مطلوب رادیو- تلویزیون ارائه گردیده است.
2-4-1- پیشینه خارجی1) بایا(2008) در تحقیقی با عنوان «تمرکز در مالکیت رسانه در رومانی: تقویت یا تضعیف تکثر و آزادی رسانه ای» که در دانشگاه تیمچورا رومانی انجام شده است، موضوع تاثیر تمرکز در مالکیت رسانه ها بر آزادی و تمرکز را بررسی کرده است.
یافته های این تحقیق نشان می دهد که لزوما تمرکز در مالکیت رسانه یک روند منفی در زمینه آزادی و تکثر نیست اما باید در زمینه قوانین و زمینه فعالیت بخش محتوایی (سردبیری) رسانه ها و بخش تجاری آن شفاف سازی صورت گیرد.
2) در تحقیقی که پروسر ( 1992) در مرکز مطالعات اجتماعی دانشگاه شفیلد با عنوان « رادیو تلویزیون عمومی و انحصار زدایی در بریتانیا » انجام داده است، روند انحصار زدایی و خصوصی سازی رادیو تلویزیون در انگلستان بررسی شده و محقق به این نتیجه رسیده که قوانین نانوشته و غیر رسمی، محدودیت های جدی را برای قوانین رسمی در زمینه فعالیت ایجاد می کند. محقق به این نتیجه رسیده که در بریتانیا تلاش برای دستیابی به یک سیستم بازار محور و شفافیت در موضوع رادیو تلویزیون عمومی شکست خورده است و مدل جدید باید الزاماتی جهت حفظ BBC و کانال های 3 و 4 در یک شرایط رقابتی و غیر محدود از نظر قانونی فراهم کند.
3) در تحقیقی که توسط کارزیگس ( 1994) در دانشگاه سانیو مالزی با عنوان « انحصار زدایی در توسعه تلویزیونی ملت های آسیایی، مورد کاوی روند مالزی» صورت گرفته است، محقق با بررسی موانع سیاسی، فرهنگی و ساختاری توسعه رادیو تلویزیون و عبور از انحصار، تاثیر ورود تکنولوژی های جدید در این حوزه را بررسی کرده است، و با بررسی روند سایر کشورهای آسیایی، و ساختار تلویزیونی مالزی، عبور از انحصار و پذیرش انحصار زدایی در این حوزه را با توجه به تحولات تکنولوژیکی و جهانی گرایی، ناگزیر ارزیابی کرده است.
4)در تحقیقی که اسپیشال (1992)در دانشگاه لابلاجنا با عنوان « رسانه خصوصی و دموکراسی گرایی در اروپای شرقی» انجام داده است، محقق با برسی محیط فرهنگی و اجتماعی کشورهای اروپای شرقی پس از فروپاشی شوروی و زمینه های ایدئولوژیک و ضد امپریالیستی باقی مانده در این جوامع روند و موانع خصوصی سازی در کشورهایی نظیر چکسلواکی، مجارستان، لهستان و یوگسلاوی را برسی کرده و نقش رسانه ها در توسعه آزادی، دموکراسی و تکثر را مورد مطالعه قرار داده است و موقعیت دولتها در برابر انحصار زدایی از سه منظر، کاهش سلطه با لغو انحصار رادیو تلویزیون، منافع مالی ورود بخش خصوصی به این حوزه و تاثیرات مثبت آن بر دموکراسی را بررسی کرده است، و در نهایت با اشاره به موانعی نظیر شبه آمریکایی سازی، تسلط سرمایه داران بر جامعه و تضعیف ملی گرایی، ارائه مدلی که بتواند با خصوصی سازی در حوزه رادیو تلویزیون قدرت ملی را افزایش و هزینه های دولت را کاهش دهد را توصیه کرده است.
5)در تحقیقی که سالامندرا (2008)با عنوان «ایجاد مصالحه میان اسلام و سکولاریسم در صنعت تلویزیون سوریه» انجام داده است، محقق با بررسی سیاست های دولت سوریه در ارائه تصویری از تمدن اسلامی که با خصوصیات این رژیم سازگار باشد و ملزومات فعالان بخش خصوصی و صنعت رادیو تلویزیون به ویژه بازارهای صادراتی برنامه های تلویزیونی، تلاش برنامه سازان تلویزیونی برای ایجاد سازگاری میان نیازهای بازار و سیاست های دولت سوریه را موفق ارزیابی کرده است.
6) سانگ واک(2009) در تحقیقی در انستیتو اقتصادی کره با عنوان «انحصار زدایی از رادیو- تلویریون، در کره جنوبی، روند خصوصی سازی و شکستن انحصار در صنعت رادیو- تلویزیون کره جنوبی طی 22 سال گذشته را بررسی کرده و آثار آن بر تقویت بخش خصوصی، باز شدن عرصه های جدید فعالیت و دستاوردهای اقتصادی، فرهنگی و ساختاری آن را بررسی کرده است.
وی باز شدن عرصه های جدید تلویزیونی نظیر تلویزیون کابلی، شبکه های ماهواره ای، سیستم چند رسانه ای دیجیتال و تلویزیون اینترنتی را در زمینه سازی شکوفایی و تقویت این صنعت و ارائه خدمات بیشتر به انبوه مخاطبان ارزیابی کرده است. این محقق در نهایت با ترسیم چشم انداز توسعه صنعت رادیو – تلویزیون در کره جنوبی، موانع شکوفایی آن را بررسی کرده است.
8) سوفس(1990) در تحقیقی با عنوان «علایق عمومی، تسهیلات یا ضرورت: مرگ استانداردها در عصر انحصار زدایی از صنعت رادیو- تلویزیون»، با بررسی روند تاریخی ظهور صنعت رادیو تلویزیونی، پروسه مقررات زایی و انحصار زدایی از این عرصه را بررسی کرده است.این محقق با تمرکز بر چالش میان رعایت علایق و مصالح عمومی در صنعت رادیو تلویزیون، و منافع و تمایلات بخش خصوصی و ویژگی های بازار رقابتی، غلبه تدریجی واقعیات بازار بر سیاست های دولت های فدرال ایالات متحده از دهه 1980 به این سو را بررسی کرده است.
5-1- ا هداف وپرسشهای تحقیق:هدف اصلی تحقیق طراحی و تبیین الگوی ایجاد تکثر رادیو - تلویزیونی در نظام جمهوری اسلامی ایران می باشد.
اهداف فرعی تحقیق عبارت اند از:
نیازسنجی ایجاد تکثر در نظام رادیو - تلویزیونی ایران.
امکان سنجی لغو انحصار و ایجاد تکثر در نظام رادیو - تلویزیونی ایران.
شناسانی موانع و پیامدهای تکثر در نظام رادیو - تلویزیونی ایران.
ارائه فرایند و نقشه راه ایجاد تکثر رادیو تلویزیونی در ایران.
در این راستا پرسش اصلی تحقیق عبارت است از:
الگوی کارآمد نظام رادیو - تلویزیونی در جمهوری اسلامی ایران چیست؟
پرسش های فرعی تحقیق:
چه نیاز و ضرورتی به ایجاد تکثر رادیو تلویزیونی در ایران وجود دارد؟
موانع ایجاد تکثر رادیو – تلویزیونی در ایران چیست؟
تکثر ساختاری در رادیو تلویزیون چه پیامدهایی در حوزه های سیاسی، اقتصادی، فرهنگی و امنیتی دارد؟
فرایند تحقق این الگو در ساختار حاکمیتی نظام جمهوری اسلامی چگونه است؟
نقشه راه ایجاد ایجاد رادیو - تلویزیون خصوصی در ایران چیست؟
6-1- روش ونمونه تحقیقاین پژوهش از نظر مبنای هدف، تحقیقی کاربردی است .
با توجه به فقدان مدل نظری، ضرورت ارائه مدل نظری براساس این تحقیق روش تحقیق کیفی برای تحقیق انتخاب می شود.
از میان روشهای تحقیق کیفی روش گراندد تئوری وتحلیل گفتمان برای استخراج مدل از میان مصاحبه های صورت گرفته انتخاب می گردد.
جامعه آماری
-جامعه آماری این تحقیق مسئولان گذشته و فعلی حوزه مورد مطالعه و متخصصان در این حوزه می باشند.
نمونه‌گیری
انتخاب نمونه به صورت نظری صورت گرفته و با 11 تن از مسئولان گذشته و فعلی دارای تجربه و تخصص در حوزه های مورد مطالعه و سه تن از صاحب نظران و نخبگان مصاحبه صورت گرفته و تحقیق به اشباع رسیده است.
روش گردآوری و تحلیل داده ها بر اساس شیوه تحلیل سه سطحی در روش گراندد تئوری می باشد که به صورت مشروح در فصل سه تحقیق بیان شده است.
قلمرو زمانی
قلمرو زمانی تحقیق سال 1390 می باشد.
فصل دوم بررسی متون تحقیق
1-2- مقدمهدر این بخش با توجه به لزوم بررسی متون وتحقیقات علمی در رابطه با موضوع تحقیق، ابتدا پرسشهایی جهت روشن شدن ابعاد گوناگون موضع طرح وسپس براساس آثار علمی تولید شده واستنتاجات محقق از آن به این پرسش ها پاسخ داده خواهد شد.
برای دستیابی یه الگوی مطلوب در حوزه رسانه ای ، به‌ویژه رسانه دیداری شنیداری یا رادیو تلویزیونی ، نیاز به پاسخ دادن به پرسشهای گوناگونی وجود دارد ، از جمله این پرسشها عبارتند از :
آرمانهای انقلاب اسلامی در حوزه اطلاع رسانی چه بوده است؟
اطلاع رسانی از نظر اسلام چه وجهی دارد ؟ و نظام اطلاع رسانی مطلوب از نظر اسلام کدام است؟
نظام اطلاع رسانی از منظر نظریه پردازان انقلاب اسلامی از چه خصوصیاتی برخوردار است؟
نظام اطلاع رسانی مطلوب از دیدگاه قانون اساسی چه ویژگیهایی دارد؟
مهمترین نظریات در حوزه نظامهای اطلاع رسانی در جهان کدامند؟
وضعیت موجود نظام اطلاع رسانی کشور به کدام یک از این نظریات نزدیکی بیشتری دارد؟
تجربه سایرکشورهای جهان به‌ویژه کشورهای مشابه ایران در حوزه نظام رسانه ای چه بوده است؟
عملکردنظام رسانه ای کشور چه نتایجی داشته است؟
الگوهای متصور برای نظام رسانه ای ایران در حوزه رادیو – تلویزیون چیست؟
هریک از این الگوها چه مزایا ومعایبی دارد؟
تحولات اخیر در حوزه فن آروی رسانه چیست وچه پیامدهایی بر نظامهای رسانه ای به همراه دارد؟
مهمترین امتیازات وآسیبهای افزوده شدن رادیو تلویزیون غیردولتی به ساختار رسانه ای کشور کدامند؟
برای پاسخ دادن به این پرسشها در این فصل از تحقیق ابتدا مبانی ایدئولوژیک تکثر رسانه ای را از دیدگاه اسلام ونظریه انقلاب اسلامی بررسی کرده ، سپس تکثر رسانه ای از منظر امنیت ومنافع ملی مورد تحلیل قرار می گیرد، در ادامه ریشه های تکثر رسانه ای در تحولات جهانی رسانه و رویکرد بین المللی در حمایت از تکثر بررسی شده وسپس به ارزیابی عملکرد سازمان صداو سیمای جمهوری اسلامی از منظرهای گوناگون می پردازیم، تا ضرورت تغییر جهت حل معضلات وناکارامدی های فعلی این سازمان تبیین گردد.
در ادامه فصل ، پیشینه موضوع تلویزیون خصوصی قبل وبعد از انقلاب مورد بررسی قرار می گیرد و در بخش دیگر این فصل ، تئوریهای تکثر وانحصار مطالعه و تحلیل شده ونظر صاحب نظران جهانی درباره این موضع بررسی شده است.
سپس نظامهای رایج رادیو تلویزیونی در جهان در دوگروه رادیو - تلویزیون های خدمت عمومی ونظام خصوصی رادیو - تلویزیونی مورد بررسی قرار گرفته و دلایل موافقت و مخالفت صاحب نظران با این نوع نظام رسانه ای تبیین گردیده است.
در بخش بعدی این فصل، تجربه جهانی در حوزه نظام رادیو تلویزوینی در 16 کشور جهان مورد بررسی قرار گرفته است ودر نهایت ، نتیجه مطالب این فصل در باره ضرورت لغو انحصار فعلی در نظام رادیو تلویزیونی کشور تبیین شده و گزینه های ممکن برای نظام رادیو تلویزیونی کشور ارائه واز دیدگاه هزینه – فایده بررسی گردیده است.
پایان بخش این فصل، ارائه چارچوب مفهومی از نظام رسانه ای است که از یکسوبه تهدیدات ومعضلات نظام رسانه ای فعلی می پردازد و از سوی دیگر فرصتها وتوانمندیهای یک نظام متکثر رادیو تلویزیونی را ارائه می دهد.2-2- مبانی نظام متکثر رسانه ای در اسلام ونظریه انقلاب اسلامیبرای بررسی این موضوع نیاز به مراجعه به منابع اصلی اسلام وآرا نظریه پردازان انقلاب اسلامی وجود دارد.
1-2-2- مبانی نظام متکثر رسانه ای در اسلام
اگرچه زمان ظهور اسلام در 14 قرن قبل هنوز رسانه های امروزی پا به عرصه فعالیت نگذاشته بودند و اطلاع رسانی عمدتا در چارچوب کهکشان شفاهی انجام می شد اما دیدگاهها و سیاستهای کلی اسلام و شارع درباره اطلاع رسانی به صراحت در متون دینی به‌ویژه قران کریم وسیره پیامبر(ص) وامیرالمومنین(ع) تعیین شده است.
در رابطه با رسانه نیز محققان و پژوهشگران دینی براساس منابع اصیل اسلامی و روشهای علمی استنتاج احکام اسلامی دیدگاه های اسلام در رابطه با رسانه ر ا استخراج کردند. رویکرد کلی دین اسلام که مبارزه با جهل و بی اطلاعی را به عنوان جهت گیری اصلی خود در اصلاح جامعه برگزیده است، موجب شده تا در مبانی اسلامی، اطلاع رسانی و جریان آزاد اطلاعات با تاییدات متعددی همراه گردد.
مهمترین دلیل بر ضرورت تکثر رسانه ای از دیدگاه اسلام، بشارت قرآن کریم بر کسانی است که دیدگاههای گوناگون را مشاهده کرده و سپس بهترین آنها را بر می گزینند(زمر، 18). این آیه قرآن کریم که بردسترسی به دیدگاهها ومنظرهای متکثر تاکید دارد ، بصورت طبیعی ومنطقی، وجود رسانه های متکثر را نیز ضروری می شمارد چرا که تا زمانی که رسانه های متکثر وجود نداشته باشند تضمینی بری انعکاس ودسترسی به دیدگاههای متکثر وجود نخواهد داشت.
علاوه بر آن موضوع جریان آزاد اطلاعات وتکثر در نشر اطلاعات واخبار مورد توجه ویژه دین اسلام قرار دارد:“ مساله تولید و نشر و عرضه اخبار و اطلاعات، از مصادیق افعال مباح شمرده می‌شود و علیالاصول جریان آزاد اطلاعات مورد منع شارع نیست. “(فخارطوسی، 1385،63)
بنابراین حتی در صورت وجود تردید و تشکیک نسبت به مجاز بودن اطلاع‌رسانی در حوزه خاص، اصل آزادی بشر در همه اقدامات خود، راه را برای توسل به اصل مذکور در مواردی که جواز عرضه یا نشر خبر مشکوک باشد باز میگذارد.
یکی از مهمترین زیربناهای جریان آزاد اطلاعات وجود نظام رسانه ای متکثر است، چرا که با وجود انحصار رسانه ای ، هم حق دسترسی صاحبان عقاید و منتشرکنندگان اطلاعات به رسانه ها محدود می گردد و هم حق انتخاب رسانه از مخاطبان سلب می گردد، بنابراین تایید اصل جریان آزاد اطلاعات ، می تواند تایید تکثر رسانه ای نیز تلقی گردد.
بخشی از دلایل ضرورت آزادی اطلاعرسانی از منظر اسلام بشرح زیر است:
ممنوعیت کتمان حق:
کتمان حق یا انکار حقیقت یکی از مواردی است که در مبانی دین به شدت از آن نهی گردیده است.
بر اساس آیه 42 سوره بقره( به باطل جامه حق نپوشانید و حق را کتمان نکنید در حالی که حقیقت را میدانید.)، کتمان آگاهانه حق، ممنوع میباشد. مفسرین قران کریم از جمله آیتالله شهید مصطفی خمینی معتقدند: “هر عاقل، تمامی وظیفهاش عدم کتمان حق است “( خمینی، 1376، جلد 5، 544) بنابر این آیه، افراد و یا نهادهای متکلف اطلاعرسانی عمومی مشمول این خطاب هستند.
ونه تنها هیچ الزامی برای عدم انتشار حقایق واطلاع رسانی وجود ندارد بلکه برای عدم کتمان حق وآشکارکردن آن مومنان وظیفه دارند که حقیقت را تبیین کنند وبدیهی است که رسانه اعم از انواع آن وسیله تبیین حق می باشد.
مقدمه بودن برای انتخاب آگاهانه:
پذیرفتن اصالت عقل به عنوان یکی از منابع اصلی دین جهت گیری اسلام را به بنا نهادن ایمان بر آگاهی و معرفت در برابر پذیرش کورکورانه و تقلیدی دین نشان می دهد.
بر اساس آیه 18 سوره زمر(آنان که سخنان را میشنوند و بهترین آن را پیروی میکنند، آنان را خداوند هدایت کرده و ایشان خردمندانند)، بنابراین مجراهای که اطلاعات مختلف را که در انتخاب رأی مخاطبان موثر است ، منتقل میکنند از سوی خداوند تحسین شدهاند.
بر این اساس ، انتخاب آگاهانه از میان نظرات و قرائت‌های مختلف بهترین شیوه گزینش در دین است و زمانی می توان به سخنان ونظرات گوناگون دسترسی داشت که دیدگاه های گوناگون به رسانه متناسب با خود جهت انتشار دسترسی داشته باشد. بنابراین لازمه تکثر دیدگاه ها، تکثر در رسانه ها می باشد.
امر به معروف و نهی از منکر:
یکی از فروعات دین اصل امر به معروف و نهی از منکر است که نظارت عمومی در جامعه اسلامی را سازمان می‌دهد.
از جمله مهمترین امکاناتی که باید به منظور تضمین سلامت روند امربه معروف و نهی از منکر ملی وجود داشته باشد گردش آزاد اطلاعات و اخبار است تا تصمیمات و عملکردها در معرض دید مردم و کارشناسان قرار گیرد و زمینه نهی از منکرات و امر به معروف ها فراهم آید.
در واقع اصل مترقی نظارت عمومی با سازوکار امر به معروف ونهی از منکر که تضمین کننده سلامت اجتماعی حکومتی و فردی در جامعه اسلامی است، نیاز به آگاهی عمومی معیارها ودیدگاه های دین ویا به عبارتی معروف ومنکر از سوی جامعه دارد وهمزمان بایستی افکارعمومی از عملکرد آشکار وپنهان حکومت مطلع باشند که انجام هردوی این اقدامات نیازمند وجود رسانه ها وآزادی فعالیت آنها می باشد. در واقع این رسانه ها هستند که بستر اطلاع وآگاهی عمومی از معیارهای اسلامی واخلاقی را فراهم کرده وبه مردم این امکان را می دهند که از عملکرد دستگاههای حاکمیتی آگاهی یافته عملکرد آنها را بانظام مطلوب ودینی تطبیق داده ودر موارد انحراف، قصور یا تقصیر نسبت به حکومت نهی از منکر کنند .
بنابراین برخلاف برخی دیدگاه‌های متحجر که با استناد به اصل امر به معروف ونهی از منکر در پی تحدید و جلوگیری از فعالیت آزاد و مستقل رسانه‌ها از قدرت حاکم هستند بایدگفت: اصل امر به معروف ونهی از منکر خود مهمترین ضرورت حضور رسانه‌های آزاد و مستقل را در جامعه تبیین می‌کنند و مقدمه‌ای لازم برای تحقق نظارت عمومی برحاکمیت را فراهم می آورد.
4. ضرورت ادای حق:
عدالت نیز یکی از آرمان های اصلی اسلام است و تحقق عدالت اعطای حق به ذی حق محور اصلی به شمار می آید. از این رو ضرورت ادای حق در اندیشه اسلامی یکی از بنیادهای تنظیم روابط اجتماعی است.
“ضرورت دیگر فعالیت آزاد رسانه ای، مسئولیت عمومی نسبت به ادای حق است که برپایه آن شرعا بر کسانی که متصدی و متکفل اطلاعرسانی هستند واجب است که حق شهروندان را ادا کنند و آنها را از آگاهی نسبت به اطلاعات و اخبار که حق ایشان محسوب می‌شود محروم ننمایند. “(فخار طوسی،1385، 69)
از این رو می توان تکثر رسانه ها را یکی دیگر از نتایج ادای حق از نظر دین دانست، چراکه بخشی از حقوق افراد وگروههای دینی، سیاسی و فرهنگی آن است که مستقیماً قادر باشند که دیدگاه‌های خود را به اطلاع جامعه برسانند واگر انحصار رسانه ای توسط حاکمیت، مانع این ادای حق شود ضرورت دارد این گروهها به رسانه های مستقلی جهت انتشار عقاید خود دسترسی داشته باشند.
بر این اساس ایجاد دسترسی دوگانه شهروندان به رسانه برای نشر و دریافت اطلاعات از وظایف دولت محسوب می‌گردد.
“آحاد شهروندان در قالب نهادهای اجتماعی و سیاسی باید به نهاد اطلاعرسانی دسترسی داشته باشند، اگر این امر مستلزم توسعه کمی امکانات باشد، تأمین آن بر دولت ضرورت دارد و در غیر این صورت امکانات موجود باید به صورت متناسب در اختیار قرار گیرد.
عدالت اطلاعاتی در این بعد یکی از مصادیق بارز عدالت اجتماعی است و گاه -اعطا با رفع موانع دستیابی شخص به حق خود و بهرهبرداری از منافع آن صورت میگیرد. بنابراین لازم است اطلاعاتی در بعد «عرضه اطلاعات» امکان نشر اطلاعات و اخبار به گروههای مختلف اجتماعی و سیاسی داده شود.”(همان، ص71)
2-2-2- مبانی نظام متکثر رسانه ای در نظریه انقلاب اسلامی
تکثر و آزادی رسانه‌ها یکی از مقولات مهمی است که براساس جایگاه و حدود آن نظامهای سیاسی تقسیم‌بندی می شوند. وجه مشترک نظامهای استبدادی در محدودکردن اطلاع رسانی و جریان یکسویه اطلاعات وتحدید وحصر آزادی بیان می باشد، از این رو جایگاه آزادی در هر نظامی نشاندهنده میزان پویایی، مردمسالاری و استبدادگریزی آن نظام می باشد.
برای تبیین جایگاه تکثر رسانه ای در نظریه انقلاب اسلامی ناگزیر به مطالعه وبررسی جایگاه آزادی می باشیم چرا که آزادی اصلی ترین بستر ولازمه تاسیس و فعالیت رسانه ای واطلاع رسانی مستقل وآزاد می باشد.
به عبارتی دیگر میزان آزادی، خود نشاندهنده میزان انحصار واستبداد در جامعه است وبرای جستن زمینه های انحصار واستبداد بهترین راه رجوع به جایگاه وارزش آزادی در نظریه مادر نظام سیاسی می باشد.
از آنجا که انقلاب اسلامی ماهیتی خودجوش، غیرحزبی وغیرنظامی داشته است، مشابه انقلابهای سوسیالیستی قرن بیستم نمی‌توان پشتوانه تئوریک نظام جمهوری اسلامی را در مانیفست احزاب حاکم جستجو کرد بلکه باید مبانی فکری انقلاب اسلامی و نظام جمهوری اسلامی را در آرای نظریه پردازان مقبول و شاخص انقلاب جست. از این رو تدوین جایگاه آزادی در نظریات شهیدان مطهری و بهشتی، دو نظریه پرداز شاخص انقلاب اسلامی اهمیت بسزایی دارد که اولی به جهت نقش منحصر بفرد در تبیین هویت انقلاب اسلامی و دومی به‌دلیل محور بودن در جریان طراحی وتعیین ساختار نظام مورد توجه می باشند.
آزادی آرمان محوری انقلاب اسلامی
پیروزی انقلاب اسلامی در بهمن ماه سال 1357، بدون تردید نقطه عطفی در تاریخ این سرزمین محسوب می‌شود، ویژگیهایی انقلاب اسلامی که مبتنی بر آگاهی بخشی بود ، موجب گردید، در قرن بیستم که مملو از تغییرات خشونت‌بار بود، انقلاب اسلامی با مبارزه نرم و بدون توسل به خشونت از سوی انقلابیون به پیروزی برسد والگویی جهت مبارزه ملتها با استبداد واستعمار پدید آید.
ایده وشعار محوری انقلاب اسلامی که همواره از سوی میلیونها تظاهرکننده انقلابی سرداده می شد، "استقلال آزادی جمهوری اسلامی " بود.
تامل در این شعار روشن می سازد که آزادی به‌عنوان عنصر محوری انقلاب اسلامی ، نقش رهایی بخشی انقلاب از قیود وحدود غیرمنطقی وغیرانسانی که از سوی نظام استبدادی پهلوی بر جامعه ایران حاکم گردیده بود را آشکار می‌سازد.
علاوه بر عنصر آزادی که به عنوان یکی از سه ضلع آرمانهای اساسی انقلاب اسلامی مطرح می باشد، آزادی واختیار بخش اصلی دوضلع دیگر این آرمان را تشکیل می دهد.
استقلال در لغت به معنای" پرداختن به کاری بدون مشارکت دیگران است." (طریحی،1380، 1510).در علوم سیاسی استقلال به معنای"جدا بودن حاکمیت یک کشور از دیگر کشورها از نوع سلطه" می باشد. (آقابخشی،1376،154) یا "آزادی اراده ملی برای اداره امور داخلی و خارجی، خود بدون دخالت دیگران است." (علی بابایی،1369،45)
به عبارت دیگر "ملت استقلال طلب می خواهد وابستگی خود به بیگانه را تقلیل بدهد و اتکای به دیگران را به حداقل برساند." (منصوری، 1374،54)
استقلال در برابر وابستگی معنا می‌یابد و در حیطه عمل استقلال‌طلبی یک کشور از استعمار و استثمار قدرت‌های خارجی عنوان نهاده می‌شود، بنابراین استقلال به‌عنوان یکی از آرمانهای انقلاب مفهوم آزادی در سطح ملی را نشان می‌دهد که مردم با قرار دادن این مفهوم به‌عنوان یکی از محورهای انقلاب اسلامی، بازیابی هویت ملی و بازپس گیری نقش خویش در تصمیم گیری برای کشور خود را مطالبه کردند.
بدیهی است مفهوم استقلال در سطح ملی مفهومی عمیق است که مراد از آن انتقال تصمیم گیری برای کشور به آحاد جامعه وتک تک شهروندان است و نمی توان استقلال را تنها به قطع کردن نفوذ و اثرگذاری قدرت خارجی در سرنوشت کشور محدود و محصور کرد و به همان دلیلی که یک ملت از حاکمیت اراده بیگانه بر سرنوشت خود تنفر دارند، این حاکمیت را در دستان یک مستبد داخلی نیز نمی پسندند و از این جهت تفاوتی میان نقض استقلال ملی از سوی استعمار خارجی با استبداد داخلی وجود ندارد.
در ضلع سوم آرمانهای انقلاب اسلامی ، واژه "جمهوری اسلامی " قرار دارد، در این آرمان نیز دو مفهوم جمهوری و اسلامی وجود دارند.
جمهوری: “جمهور در لغت به معنای همگانی یا عمومی می باشد” ( مک لین ،1381، 34) و در علوم سیاسی “جمهور نوعی نظام حکومتی است که به جای اقتدار سلطانی که مشروعیت آن به فراسوی اراده بشر تعلق دارد مردم در حکومت به طور مستقیم یا توسط نمایندگان برگزیده خود اعمال حاکمیت می کنند “(آشوری، 1377، 111).
“حکومت جمهوری بر چهار اصل تعیین دولت توسط مردم، ساماندهی جامعه با احزاب و گروه ها، تفکیک قوا و آزادی های مدنی استوار است” (رحیمی، 1358،57)
البته در قرون پیشین جمهوری‌خواهی به معنای مخالفت با سلطنت بود اما اکنون “بسیاری از نظام های سلطنتی در کشورهای توسعه یافته خود را متکی به اراده و رای مردم می دانند و مدعی اقتدار سلطانی نیستند” ( طلوعی ،1377،126).
تاکید بر حاکمیت جمهور و عموم مردم بر سرنوشت خویش و نظام سیاسی مردمسالار در برابر سایر مدلهای مدیریت جامعه از جمله نظام سلطنتی، دیکتاتوری، حکومت اشرافی و نظامی می باشد و از این رو آزادی مردم در تصمیم‌گیری درباره سرنوشت خود و تاثیر اراده عمومی بر حاکمیت یکی از مفاهیم اساسی جمهوریت نظام می باشد و واژه اسلام نیز محتوای نظام مردمسالار را مشخص می کند که مبتنی بر اعتقادات عمومی جامعه به اصول اسلامی و ارزشهای دینی است.
در این میان تاکیدات مکرر دین مبین اسلام بر محترم شمردن آزادی فردی و به رسمیت شناختن اختیار هر فرد جهت تصمیم گیری در حوزه فردی واجتماعی، اهمیت آزادی را در نظام فکری اسلام مشخص می نماید به نحوی که اصل پذیرش دین و انجام کلیه واجبات و طاعات شرعی اگر همراه با آزادی و اختیار کامل فرد در تصمیم گیری نباشد فاقد هرگونه ارزشی می باشد، بنابراین آزادی واختیار یکی از مبانی اصلی دینداری وپذیرش و پایبندی به اسلام می باشد.
علاوه بر استناد به این شعار که دیدگاه متن مردم انقلاب کننده را نشان می دهد، بررسی دیدگاه ایدئولوگ‌های انقلاب اسلامی و جمهوری اسلامی نیز راهگشاست. نگاهی اجمالی به نظرات امام خمینی(ره)، استاد شهید مطهری و شهید دکتر بهشتی به عنوان سه چهره فکری تبیین کننده نگاه جمهوری اسلامی نیز بر دفاع از «آزادی» به عنوان یک ارزش و آرمان حکایت دارد.
مهمترین زمینه بروز آزادی در فضای عمومی جامعه را می توان در رسانه ها جستجو کرد و از این روست که رسانه ها به عنوان رکن چهارم مردمسالاری شناخته می شوند، تکثر وآزادی رسانه موجب می شود تا پویایی ، نشاط و روح آزادی در بطن جامعه ظهور یابد ، بنابراین سخن گفتن از آزادی بدون پایبندی به لوازم آن که مهمترین بخشش ، آزادی وتکثر رسانه ای است معنا ندارد.
بررسی مشروح جایگاه تکثر و آزادی در نظریه انقلاب اسلامی در پیوست تحقیق آمده است.
3-2- تکثر رسانه ای از منظر منافع و امنیت ملیبه‌طور کلی در نظامهای ایدئولوژیک که برپایه سیستم هنجاری خاص ایجاد می شوند نظارت وکنترل نظام فرهنگی جامع برای اطمینان از سازنده بودن روند فرهنگی اجتماعی جامعه اهمیت می یابد. در نظام جمهوری اسلامی نیز این موضوع اهمیت خاص خود را دارد به‌ویژه آنکه ماهیت انقلاب اسلامی فرهنگی بوده واز این رو نگرانی نسبت به تعاملات وتبادلات فرهنگی جامعه واقدامات سازماندهی شده قدرتهای بیگانه علیه فرهنگ اسلامی – ملی تحت عنوان تهاجم فرهنگی در نظر مسئولان فرهنگی نظام به دغدغه نخست تبدیل شده است.
رویکرد مواجهه با تهدیدات فرهنگی ونحوه تبادل فرهنگی با جهان وهمچنین کارکردهای نظام رسانه ای در حوزه های منافع ملی وامنیت ملی یکی از مولفه ای اصلی تصمیم گیری در این باره به‌شمار می آید.
تاکنون رویکرد غالب حاکم بر رفتار رسمی حاکمیت در حوزه فرهنگی رسانه ای ، رویکرد تدافع فرهنگی در برابر تهاجم فرهنگی ورسانه ای بوده است .
در این رویکرد از ابزار های کنترلی محدود کننده ومخرب جهت مقابله با رسانه های بیگانه استفاده شده است، رویکرد سلبی در حوزه تعاملات فرهنگی اگرچه می تواند در کوتاه مدت آثار پیامدهای نفوذ فرهنگ غرب ورسانه های بیگانه را درجامعه کاهش دهد اما در دراز مدت وبا توجه به تحولات فن اوری به منفعل شدن کشور در برابر تحرکات بیگانگان وتهدیدات می انجامد.
در این بخش تاثیرات تحولات رسانه ای را برحوزه منافع ملی وامنیت ملی بررسی می کنیم.
تحول در مفهوم امنیت ملی ونقش تکثررسانه
پس از پایان جنگ سرد مفهوم امنیت و امنیت ملی دچار تحولات چشمگیری شده است یکی از کانون های این تحولات مکتب کپنهاگ و نظریه‌پردازان آن از جمله باری بوزان، او ویور و دو ویلد می باشد برخلاف تصور کلاسیک از امنیت که اساس امنیت را در کسب قدرت فیزیکی می دانست و در برابر نگرش های صلح طلبانه قرار داشت "مکتب کپنهاگ دیدگاهی را ارائه می دهد که تامین امنیت و صلح را همزمان دنبال می کند" (بوزان، 1378،32)

—d1965

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
TOC h z t "t1,1,t2,1,t3,1" 1-1 مقدمه2
HYPERLINK l "_Toc365922955" 1-2 تعاریف3
HYPERLINK l "_Toc365922956" 1-2-1 سرریزها3
HYPERLINK l "_Toc365922957" 1-2-2 دریچهها3
HYPERLINK l "_Toc365922958" 1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه4
HYPERLINK l "_Toc365922959" 1-2-4 آبشستگی6
HYPERLINK l "_Toc365922960" 1-3 ضرورت انجام تحقیق9
HYPERLINK l "_Toc365922961" 1-4 اهداف تحقیق9
HYPERLINK l "_Toc365922962" 1- 5 ساختار کلی پایاننامه10
فصل دوم: بررسی منابع
2-1 مقدمه12
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان12
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D16
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 مقدمه22
3-2 نحوه انجام آزمایشات22
3-2-1 مخزن23
3-2-2 پمپ23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان24
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز - دریچه24
3-3 آنالیز ابعادی25
3-4 شبیهسازی عددی27
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3D28
3-4-2 معادلات حاکم32
3-4-3 مدلهای آشفتگی33
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهای35
3 -4-3-2 مدلهای یک معادلهای35
3-4-3-3 مدلهای دو معادلهای36
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنش36
3-4-4 شبیهسازی عددی مدل37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل43
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه46
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب46
4-2-1 واسنجی نرمافزار46
4-2-1-1 ارزیابی نرمافزارپ48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز - دریچه بر هیدرولیک جریان54
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3 شبیهسازی آبشستگی پاییندست جریان59
4-3-1 واسنجی نرمافزار59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرمافزار61
فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه70
5-2 نتیجهگیری70
5-3 پیشنهادها71
منابع74

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 3- 1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریان25
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3D28
ادامه جدول 3-229
جدول 3- 3 محدوده دادههای به کار رفته جهت شبیهسازی آبشستگی38
جدول 3- 4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار40
جدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار41
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوب42
جدول 4- 1 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-1)51
جدول 4- 2 نتایج حاصل از مدلسازی سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی برای نسبت دبیها55
جدول 4- 3 تأثیر پارامتر عدد شیلدز بحرانی بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 4 تأثیر پارامتر ضریب دراگ بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 5 تأثیر زاویه ایستایی بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4-6 تأثیر پارامتر حداکثر ضریب تراکم مواد بستر بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4- 7 بهترین مقادیر برای پارامترهای مؤثر در شبیهسازی حفره آبشستگی61
جدول 4- 8 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-4)65
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
TOC h z t "fig,1,table,1" شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه5
HYPERLINK l "_Toc366000088" شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی8
HYPERLINK l "_Toc366000089" شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی12
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی12
شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)14
شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)14
شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی درحین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) 15
شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک23
شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک24
شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان25
شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب26
شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی30
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه30
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه30
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض31
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازه31
شکل 3- 10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک39
شکل 3- 11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ40
شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلب40
شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوب41
شکل 3- 14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان43
شکل 3- 15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی43
شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی46
شکل 4- 2 مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و دادههای آزمایشگاهی47
شکل 4- 3 مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با دادههای آزمایشگاهی49
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4-4 ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه49
شکل 4- 5 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs / Qg)51
شکل 4- 6 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی52
شکل 4- 7 مقایسه رابطه نسبت دبیها درسازه ترکیبی سرریز- دریچه با روابط تجربی برای تخمین دبی در سرریز و ریچه52
شکل 4- 8 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 9 توزیع فشار جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 10 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 11 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 12 شماتیکی از جریان عبوری از سازه ترکیبی دارای انقباض جانبی54
شکل 4-13 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی با انقباض جانبی55
شکل 4-14 مقایسه عمق جریان درعرض کانال دربلافاصله قبل از سازه برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه رکیبی56
شکل 4-15 مقایسه عمق جریان در طول کانال برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه ترکیبی56
شکل 4-16 توزیع مؤلفه طولی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-17 توزیع مؤلفه طولی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-18 توزیع مؤلفه عرضی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4-19 توزیع مؤلفه عرضی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4- 20 مقایسه دقت شبیهسازی حفره آبشستگی با استفاده از مدلهای مختلف آشفتگی59
شکل 4- 21 ارزیابی دقت نرمافزار برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی62
شکل 4- 22 ارزیابی دقت نرمافزار برای حداکثر عمق آبشستگی62
شکل 4- 23 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در بستر متحرک63
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4- 24 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب64
شکل 4- 25 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی65
شکل 4-26 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان در اطراف سازه ترکیبی66
شکل 4-27 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه (الف. بردارهای سرعت ب. خطوط جریان)66
شکل 4-28 توزیع تنش برشی در اطراف حفره آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه در ابتدای اجرای برنامه67
شکل 4- 29 مقایسه رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب و بستر صلب67
شکل 4-30 نمودار رابطه حداکثر عمق آبشستگی با نسبت دبیهای عبوری از رو و زیر سازه ترکیبی68

18849116456969
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
یکی از عمده‌ترین مشکلات سازه‌هایی از قبیل سرریزها، دریچه‌ها و حوضچه‌های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه‌بر تأثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. به دلیل پیچیدگی موضوع، اکثر محققین آن را به صورت آزمایشگاهی بررسی کردهاند که با وجود تمام دستآوردهای مهمی که تاکنون در زمینه آبشستگی موضعی حاصل گردیده است، هنوز هم شواهد زیادی از آبشستگی گسترده در پایاب دریچه‌ها، سرریزها، شیب‌شکن‌ها، کالورت‌ها و مجاورت پایه‌های پل دیده می‌شود که می‌تواند پایداری این سازهها را با خطرات جدی مواجه کند.
پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می‌افتد که تنش برشی جریان آب عبوری از آبراهه، از میزان بحرانی شروع حرکت ذرات بستر بیشتر شود. تحقیقات نشان داده است که عوامل بسیار زیادی بر آبشستگی در پایین‌دست سازه تأثیرگذار هستند که از جمله آنها می‌توان به اندازه و دانه‌بندی رسوبات، عمق پایاب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و ... اشاره کرد (کوتی و ین (1976)، بالاچاندار و همکاران (2000)، کلز و همکاران (2001)، لیم و یو (2002)، فروک و همکاران (2006)، دی و سارکار (2006) و ساراتی و همکاران (2008)).
دریچهها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانالهای باز مورد استفاده قرار میگیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوری از رو یا زیر سازهها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پاییندست سازهها وجود دارد که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.
به منظور افزایش بهره‌وری از سازههای پرکاربرد سرریزها و دریچهها، می‌توان آنها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.
1-2 تعاریف1-2-1 سرریزها
یکی از سازههای مهم هر سد را سرریزها تشکیل میدهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازهگیری دبی جریان در کانالها مورداستفاده قرار میگیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام میدهند، باید سازهای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهرهبرداری آمادگی داشته باشد.
معمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیمبندی میکنند. این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل و کانال تخلیه باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد به ترتیب با نام سرریزهای کنترلدار و یا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوند.
1-2-2 دریچهها
دریچهها سازههایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته میشوند. از دریچهها به منظور قطع و وصل و یا کنترل جریان در مجاری عبور آب استفاده میشود و از لحاظ ساختمان به گونهای میباشند که در حالت بازشدگی کامل عضو مسدود کننده کاملاً از مسیر جریان خارج میگردد.
دریچهها در سدهای انحرافی و شبکههای آبیاری و زهکشی کاربرد فراوان دارند. همچنین برای تخلیه آب مازاد کانالها، مخازن و پشت سدها به کار میروند (نواک و همکاران، 2004).
دریچهها به صورت زیر دستهبندی میشوند:
بر اساس محل قرارگیری: دریچههای سطحی و دریچههای تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار میگیرند.
بر اساس کاری که انجام میدهند: دریچههای اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده میشود.
بر اساس مصالح بدنه: دریچههای فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
بر اساس نوع بهرهبرداری: دریچههای تنظیم کننده دبی و دریچههای کنترلکننده سطح آب
بر اساس مکانیزم حرکت: دریچههای خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار میکند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل مینماید. دریچه برقی از دستگاههای برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با دست جابهجا میشوند.
بر اساس نوع حرکت: دریچههای چرخشی، غلطان، شناور و دریچههایی که در امتداد یا در جهت عمود بر جریان حرکت مینمایند.
بر اساس انتقال فشار آب: دریچهها ممکن است فشار را به طرفین یعنی به پایههای پل یا به تکیهگاهها منتقل نمایند و یا ممکن است نیروی فشار آب بر کف منتقل شود و یا ممکن است نیروی فشار آب به هر دو یعنی هم تکیهگاهها و هم بر کف منتقل شود.
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچهترکیب سرریز - دریچه یکی از انواع سازههای هیدرولیکی میباشد که در سالهای اخیر عمدتاً برای عبور سیال در مواردی که سیال حاوی سرباره و رسوب به صورت همزمان میباشد (مانند کانال عبور فاضلاب) بکار رفته است. سازه ترکیبی سرریز - دریچه با تقسیم دبی عبوری از بالا و پایین خود از انباشت سرباره و رسوب در پشت سازه جلوگیری میکند. از دیگر کاربردهای عملی این ترکیب، میتوان انواع سدهای تأخیری را نام برد. در سدهای تأخیری برای جلوگیری از انباشت رسوب در پشت سد که منجر به کاهش حجم مفید مخزن میگردد اقدام به تعبیه تخلیهکنندههای تحتانی میگردد. از طرف دیگر این نوع سدها به علت برآورد اهداف طراحی و عبور سیلابهای محتمل به صورت روگذر نیز عمل میکنند که از این دو جهت، مدل ترکیبی سرریز - دریچه ایده مناسبی برای تحلیل این نوع سدها میباشد. اگرچه این نوع سازه دارای کاربرد فراوانی در سازههای هیدرولیکی میباشد.
جهت به حداقل رساندن مشکلات در سرریزها و دریچه‌ها و همچنین جهت بالا بردن مزایای آنها می‌توان از سازه ترکیبی سرریز - دریچه استفاده کرد به طوری که در یک زمان، جریان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. این وسیله ترکیبی می‌تواند مشکلات ناشی از فرسایش و رسوبگذاری را مرتفع نماید (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین با این روش، رسوبات و مواد زائد در پشت سرریزها انباشته نمی‌‌‌شوند (ماخرک، 1985).
مشکلاتی را که در اثر وجود مواد رسوبی یا شناور در آب انتقالی برای آبیاری حاصل می‌شود، می‌توان با استفاده از سازه ترکیبی سرریز - دریچه به مقدار زیادی کاهش داده که امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر و ساده‌تر را به همراه دارد ( اسماعیلی و همکاران، 1385).
سیستم سرریز - دریچه امکان عبور جریان را از پایین و بالای یک مانع افقی در قسمت میانی مجرا به طور همزمان فراهم نموده، بدین صورت که مواد قابل رسوب را در پشت دریچه به صورت زیرگذر و مواد شناور را به صورت روگذر سرریز عبور میدهد (شکل 1- 1).
331470506095جریان عبوری از زیر دریچه
00جریان عبوری از زیر دریچه
267970163195جریان عبوری از روی سرریز
00جریان عبوری از روی سرریز
138620527622500143446560769500
شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچهاز اینرو تعیین شکل و حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی به منظور تثبیت وضعیت بستر میتواند مفید واقع شود.
1-2-4 آبشستگیآبشستگی یکی از موضوعات مهم و قابل توجه در مهندسی رودخانه و هیدرولیک جریان در بسترهای آبرفتی میباشد. چنانچه در یک بازه مورد بررسی، مقدار رسوب وارد شده کمتر از مقدار رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف رودخانه و یا بدنه آن رخ میدهد و کف رودخانه بتدریج عمیق میشود. از جمله اثرات منفی گود شدن بستر رودخانه، میتوان به شکست برشی و لغزش در بستر و نیز گرادیان هیدرولیکی خروجی اشاره کرد که در نهایت، افزایش فشار بالابرنده و ایجاد پدیده تراوش را در پی دارد.
به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پاییندست سازههای هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریانهای متلاطم موضعی، آبشستگی گویند. عمق ناشی از فرسایش بستر اولیه را عمق آبشستگی مینامند. (کتاب هیدرولیک کانالهای روباز، دکتر ابریشمی)
از آنجا که مکانیزم عمل آبشستگی در مکانهای مختلف متفاوت میباشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیمبندی میکنند:
نوع اول آبشستگی تنگشدگی میباشد. این نوع آبشستگی در دو حالت اتفاق می‌افتد:
الف) در جایی که رودخانه هنوز به حالت تعادل نرسیده و پتانسیل حمل رسوب در بازه‌ای از رودخانه بیش از میزان رسوب ورودی به این بازه باشد.
ب) در جایی که سرعت جریان به دلایلی مانند کاهش مقطع رودخانه در محل پل‌ها، افزایش پیدا می‌کند که در مقطع تنگ شده آبشستگی اتفاق می‌افتد.
در محل احداث پل، آبشکن و یا دیواره ساحلی معمولاً عرض رودخانه را کاهش می‌دهند. این عمل باعث می‌شود که سرعت جریان در این محدوده افزایش یابد. در نتیجه به ظرفیت حمل رسوب افزوده شده و سبب خواهد شد تا بستر رودخانه در این محل فرسایش یابد. عمل فرسایش آنقدر ادامه می‌یابد تا ظرفیت حمل رسوب کاهش یافته و برابر با ظرفیت حمل رسوب در مقطع بالادست گردد. در این حالت، نرخ فرسایش در این محل کمتر می‌شود. هر چند این فرسایش موجب می‌شود که تأثیر پسزدگی آب در بالادست کاهش یابد ولی به خاطر این مسئله نباید اجازه داده شود تا فرسایش صورت گیرد زیرا آبشستگی باعث خطرات جدی مثل واژگونی پل می‌گردد.
نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی است. این نوع آبشستگی در پاییندست سازههای هیدرولیکی، در محل پایههای پل و به طور کلی هر مکانی که شدت جریانهای درهم به طور موضعی افزایش یابد، بوجود میآیند.
آبشستگی موضعی پاییندست سازههای هیدرولیکی نظیر سدها، سرریزها، شوتها، سازههای پلکانی و ... پدیده طبیعی است که به‌دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت بحرانی بوجود میآید و دلایل آن را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
ناکافی بودن مقدار استهلاک انرژی


تشکیل پرش هیدرولیکی ناپایدار و یا انتقال پرش خارج از کف حوضچه آرامش
بوجود آمدن جریانهای گردابی در پاییندست سازههای هیدرولیکی
شکل (1- 2) چند نوع سازه هیدرولیکی و آبشستگی پاییندست آنها را نشان میدهد.

شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی (استاندارد آب و آبفا، 1389)
میزان عمق آبشستگی برای هر یک از سازهها بستگی به شرایط هیدرولیکی جریان و مشخصات رسوب و شرایط هندسی سازه دارد. تخمین میزان عمق آبشستگی از اینرو اهمیت دارد که ممکن است باعث تخریب سازه گردد.
به طور کلی آبشستگی در اثر اندرکنش نیروهای زیر حاصل میشود:
1- نیروی محرک ناشی از جریان که در راستای جدا کردن ذره از بستر عمل میکند.
2- نیروی مقاوم ناشی از اصطکاک ذرات و وزن ذره که در برابر حرکت ذره مقاومت کرده و مانع جدایی ذره از بستر میشود.
جریانها در محل وقوع آبشستگی، یک فرآیند دوفازی (آب و رسوب) است. بنابراین آبشستگی متأثر از متغیرهای بسیاری از قبیل پارامترهای جریان، مشخصات بستر آبرفتی، زمان و هندسه آبراهه میباشد. به همین دلیل، محققین هر یک به مطالعه بخشی از این وقایع پرداخته و آن را به صورت آزمایشگاهی و تجربی بررسی کردهاند.
1-3 ضرورت انجام تحقیقاز آنجایی که در سازه‌های ترکیبی سرریز - دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان، تغییرات در توزیع تنش‌های برشی کف و از این‌رو افزایش پیچیدگی محاسبات می‌شود، بنابراین شبیه‌سازی الگوی جریان، سطح آزاد آب و آبشستگی مورد توجه محققین قرار دارد و لذا در این تحقیق، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در بستر صلب، توانایی نرمافزار Flow3D در شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و آبشستگی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت‌.
1-4 اهداف تحقیقتحقیق انجام شده به منظور پاسخگویی به اهداف زیر صورت گرفته است:
1- بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه در بستر صلب و مدلسازی عددی آن با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن دو
2- مدلسازی عددی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج بدست آمده از بررسیهای آزمایشگاهی توسط محققین دیگر
3- ارزیابی دقت مدلهای تلاطمی نرمافزار Flow3D در شبیهسازیهای عددی الگوی جریان و آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی
4- محاسبه نسبت دبی عبوری از بالای سرریز به زیر دریچه با استفاده از مدل Flow3D
1- 5 ساختار کلی پایاننامهاین تحقیق در پنج فصل به شرح زیر تدوین شده است:
فصل اول- کلیات: که شامل مقدمهای بر سرریزها، دریچهها و مبانی ترکیب این دو سازه بوده و همچنین در رابطه با هیدرولیک جریان و آبشستگی در پای هر کدام از سازههای سرریز یا دریچه و یا سازه ترکیبی سرریز - دریچه کلیاتی ارائه گردیده است.
فصل دوم- بررسی منابع: در این فصل، پیشینه تحقیقها در زمینه هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه، آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی و همچنین مطالعات انجام شده توسط نرم‌‌افزار Flow3D بررسی خواهد شد.
فصل سوم- مواد و روشها: این فصل شامل معرفی مواد و روشهای تحقیق، آشنایی با نرمافزار Flow3D و مراحل مدلسازی است.
فصل چهارم- نتایج و بحث: در این فصل، نتایج ارائه شده شامل دو بخش است. بخش اول مربوط به نتایج آزمایشات انجام شده در بستر صلب مربوط به جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه و بخش دوم مربوط به نتایج شبیهسازی عددی الگوی جریان، پروفیل و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی است.
فصل پنجم- نتیجهگیری و پیشنهادها: این فصل دربرگیرنده نتایج بدست آمده از تحلیلها به همراه پیشنهادهایی برای تحقیقات بعدی است.
فصل دوم
مروری بر منابع
2-1 مرور منابع
در این فصل، بررسی منابع و سوابق تحقیق در دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و مطالعات عددی توسط نرمافزار Flow3D ارائه میشود که ابتدا مطالعات آزمایشگاهی در دو حالت بستر صلب و متحرک ارائه شده و سپس مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D نام برده میشود. چون در مورد جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌– دریچه، مدلسازی با نرمافزار Flow3D تاکنون انجام نگرفته است مطالعات عددی نرمافزار Flow3D در همه زمینهها اشاره شده است.
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان
از جمله مطالعات آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه، میتوان به مطالعات نجم و همکاران (1994) اشاره کرد. ایشان پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مؤثر بر روی جریان ترکیبی را مورد بررسی قرار داده و برای جریان سرریز مثلثی روی دریچه مستطیلی، سرریز و دریچه مستطیلی با ابعاد تنگشدگیهای مختلف به طور جداگانه معادلاتی استخراج کردند. همچنین حالتی را که تنگشدگی دریچه و سرریز یکسان یا متفاوت باشد نیز به طور جداگانه مورد بررسی قرار دادند. این محققین همچنین برای شرایط مختلف مانند استفاده از سرریز مثلثی با زاویههای مختلف و یا سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی (شکل 2-1) و بدون فشردگی جانبی (شکل 2-2) روابط جداگانهای به صورت رابطههای (2-1) تا (2-4) ارائه دادند.

شکل 2-‌1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی41052753175(2- 1)
00(2- 1)
Cd=Qc(b1d2gd+y+h-hd+232gb-0.2hh1.5)4274820140335(2- 2)
00(2- 2)
Qu=23Cu2g(b-0.2h)h1.54105275112395(2- 3)
00(2- 3)
Ql=Clb1d2g(d+y+h-hd)429387059690(2- 4)
00(2- 4)
Qc2gb(d1.5 )=Cl1+yd+hd+hdd+23Cu(hd)32شیواپور و پراکاش (2004)، به بررسی دبی جریان از روی سرریز مستطیلی و از زیر دریچه V شکل پرداختند. طبق نتایجی که ایشان گرفتند زمانی که از دریچه V شکل و کج استفاده میشود دبی کانالهای مستطیلی با بستر ثابت با دقت بالاتری قابل تخمین است.
اسماعیلی و فتحیمقدم (1385)، به بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان و تعیین ضریب دبی مدل سرریز‌- دریچه در کانالهای دایروی و جریانهای زیرگذر و روگذر با نصب مانع با عرضهای مختلف پرداختند.
سامانی و مظاهری (1386)، به بررسی تخمین رابطه دبی جریان عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در حالتهای مستغرق و نیمهمستغرق پرداختند. نتایج بررسی هیدرولیک جریان ایشان نشان میدهد که سیستم سرریز- دریچه، موجب اصلاح خطوط جریان شده، شرایط جریان را به حالت تئوریک نزدیکتر و در نتیجه، واسنجی ضریب شدت جریان سیستم سرریز - دریچه و تخمین دبی جریان با دقت بیشتری نسبت به سرریزهای معمولی انجام میشود.

شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)

رضویان و حیدرپور (1386)، با بررسی خطوط جریان ترکیبی از روی سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی و زیر دریچه مستطیلی بدون فشردگی جانبی در حالت لبهتیز، معادلهای برای ضریب شدت جریان پیشنهاد کردند.
تاکنون پژوهشهایی در زمینه آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه انجام شده است. اولین بار در سال 1987 یک سری آزمایش توسط آقای اویماز در آزمایشگاه سازههای هیدرولیکی استانبول بر روی آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز- دریچه صورت گرفته است. شکل (2-4) نمایی از مدل شبیهسازی جریان کار ایشان را نمایش میدهد.

شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)
ایشان برای 2 نوع دانهبندی و رسوب غیرچسبنده آزمایشات خود را اجرا نمودند. همچنین تمامی آزمایشات یک بار برای دریچه تنها و یک بار در حالت ترکیب دریچه و سرریز انجام دادند. پس از انجام آزمایشات، دادههای بدست آمده را تجزیه و تحلیل نموده تا به یک رابطه رگرسیونی خطی لگاریتمی بین پارامترهای عمق آبشستگی با قطر رسوبات و ارتفاع آب پاییندست برسند. نتایج تحقیق ایشان نشان می‌دهد که آبشستگی در پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که تنها جریان از زیر دریچه را داریم. همچنین عمق آبشستگی بستگی زیادی به مقدار دبی جریان دارد.
دهقانی و همکاران (2009) به بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق آبشستگی پاییندست سرریز تنها، دریچه تنها و سازه ترکیبی سرریز - دریچه بدون انقباض پرداختند. نکته جالبی که در کار آزمایشگاهی ایشان دیده شده است رفتار نوسانی روند فرسایش و رسوبگذاری به صورت پر و خالی شدن حفره آبشستگی است. حفره آبشستگی ابتدا عمیق میشود، سپس با وجود جریانهای برگشتی کمی رسوبات فرسایش یافته به درون حفره برمیگردد و حفره کمی پر میشود. سپس دوباره حفره توسط گردابههای زیر دریچه عمیق میشود و روند پر و خالی شدن ادامه مییابد (شکل 2- 5). البته این روند با گذشت زمان کندتر شده و شکل حفره در حوالی زمان تعادل تقریباً ثابت میشود (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین بررسیهای ایشان نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که جریان تنها از روی سرریز عبور میکند و این نتیجه با نتایج کار آقای اویماز (1985) تطابق دارد.

شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی در حین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) شهابی و همکاران (1389) به بررسی آزمایشگاهی مشخصات حفره آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی پرداختند. نتایج این بررسی آزمایشگاهی نشان داد که عمق آبشستگی پایین‌دست سازه ترکیبی سرریز - دریچه کمتر از عمق آبشستگی پاییندست سرریز میباشد. همچنین مشخصههای حفره آبشستگی، با افزایش عدد فرود (Fr)، افزایش مییابد و در ارتفاع ریزش ثابت برای جت عبوری از روی آن، با افزایش بازشدگی دریچه، حداکثر عمق آبشستگی کاهش مییابد. نتایج انجام آزمایشات در حالت وجود انقباض نشان می‌دهد که با ایجاد انقباض در دریچه یا سرریز به دلیل تمرکز بیشتر جت، حداکثر عمق آبشستگی، طول حفره آبشستگی و طول رسوبگذاری به ترتیب افزایش، افزایش و کاهش مییابد. همچنین نتایج آزمایش بر روی کفبند پاییندست سازه ترکیبی نشان داد که چنانچه طول کفبند از فاصله برخورد جت بالادست به کف کانال بیشتر در نظر گرفته شود، میتواند میزان آبشستگی را تا حد قابل توجهی کاهش دهد.
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3Dتوانایی شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و رسوب در اطراف سازه‌های هیدرولیکی مختلف را دارا می‌باشد. در ادامه برخی کارهای انجام شده با این نرمافزار بیان میشود:
موسته و اتما (2004)، تأثیر طول آبشکن بر منطقه چرخشی پشت آبشکن را با در نظر گرفتن تأثیر مقیاس با نرم‌افزار Flow3D مورد بررسی قرار دادند.
گونزالز و بومباردلی (2005)،‌ در یک شبیهسازی عددی با استفاده از Flow3D به بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی بر روی سطح صاف در دو حالت شبکهبندی ریز و شبکهبندی درشت به صورت دوبعدی و سهبعدی پرداختند.
صباغ یزدی و همکارانش (2007)، در یک مدل سهبعدی به ارزیابی مدلهای تلاطمی k-ε و RNGk-ε بر روی میزان ورود هوا در پرش هیدرولیکی با استفاده از روش حجم محدود پرداختند و اثر آن را بر روی دقت تخمین سرعت متوسط جریان با استفاده از مدل در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی موجود از پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار دادند. مقایسه نتایج نشان داد که نرمافزار قادر به پیش‌بینی توزیع عمقی سرعت در پرش هیدرولیکی است و همچنین در این آزمون مدل آشفتگی RNG در مقایسه با k-ɛ نتایج مناسبتری را ارائه کرده است.
امیراصلانی و همکارانش (1387)، به شبیه‌سازی سه‌بعدی آبشستگی در پایین‌دست یک جت‌ ریزشی آزاد با استفاده از مدل k-ε نرم‌افزار Flow3D جهت بررسی اثر زاویه اصطکاک داخلی رسوبات بر روی چاله آبشستگی پرداختند. نتایج این پژوهش نشان میدهد هر چقدر زاویه اصطکاک داخلی ذرات رسوب بیشتر باشد میتوان انتظار داشت حفره آبشستگی، ابعاد (طول، عرض و عمق) کوچکتری داشته باشد و ارتفاع برآمدگی رسوبات در پاییندست حفره بیشتر باشد. شیب دیوارهها تندتر بوده و مانعی برای خروج ذرات رسوب از حفره به حساب میآید.
شاهرخی (1387)، با استفاده از نرم‌افزارFlow3D‌ ، مدل عددی الگوی جریان اطراف یک آبشکن را تهیه و با اعمال مدل‌های مختلف آشفتگی، به تأثیر این مدل‌ها بر طول منطقه جداشدگی جریان در پشت یک آبشکن پرداخت‌‌. مهمترین نتیجه حاصل از این تحقیق، نشان میدهد که مدل آشفتگی LES بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی داشته و این مدل، پیشبینی بهتری از طول منطقه جداشدگی در پشت آبشکن ارائه میکند. سرانجام پیشنهاد شد مدل در دامنه وسیعتری از تغییرات پارامترهای جریان، طول و زاویه نصب آبشکن اجرا گردد.
شاملو و جعفری (1387)، به بررسی اثر وجود زبری کف بر روی تغییرات میدان سرعت و فشار جریان در اطراف پایه استوانه‌ای شکل در یک کانال مستطیلی توسط نرمافزارFlow3D و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε به صورت سهبعدی پرداختند. در این شبیهسازی مقاطعی در سه راستای X , Y , Z نزدیکی پایه با نتایج آزمایشگاهی احمد (1994) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که پروفیلهای سرعت در عمقهای مختلف و در راستای X , Y و میدان فشار در پاییندست پایه روند تغییرات قابل قبولی را با توجه به نتایج آزمایشگاه نشان میدهد. همچنین نتیجه شد نرمافزار با در نظر گرفتن زبری کف نتایج بهتری را ارائه میکنند.
باباعلی و همکاران (1387)، توسط نرمافزار Flow3D یک پارشال فلوم به طول یک فوت را که جریان درون آن شامل دو حالت آزاد و مستغرق بود، با استفاده از مدل آشفتگی LES مدل کردند. ایشان دادههای مدل خود را از جدول استاندارد WMM اقتباس کرده و نتایج محاسبه شده را با نتایج این جدول مقایسه نمودند. آنها نشان دادند که Flow3D میتواند به آسانی محاسبات پارشال فلوم را تحت هر دو جریان آزاد و مستغرق انجام دهد. نتایج محاسبه شده به خوبی با دبیهای منتشر شده مطابقت داشته و نیاز به زمان زیاد و استفاده از ابر رایانهها ندارد.
والش و همکاران (2009)، به شبیهسازی آبشستگی موضعی پایهها در جریان جزر و مدی پرداختند. نتایج نشان داد که نتایج مدلسازی عددی با اندازهگیریهای انجام شده تطابق خوبی داشته و همچنین نشان داد که مدل عددی Flow3D ابزاری مناسب در طراحی جریان در اطراف پایهها در شرایط مختلف جریان است.
شکری و همکاران (1389)، به بررسی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف پایه پل دایروی با نرمافزار Flow3D پرداختند. نتایج بررسی عددی با بررسی آزمایشگاهی انجام شده توسط آنگر و هگر (2006) مقایسه شد و با مقایسه نتایج شبیهسازی عددی و اندازهگیریهای آزمایشگاهی الگوی جریان و تغییر شکل بستر، نتیجه شد که مدل Flow3D نتایج قابل قبولی ارائه داده است.
حسینی و عبدی‌پور (1389)، با استفاده از نرم‌افزار Flow3D به مدل‌سازی عددی پروفیل سرعت در جریانهای گل‌آلود پیوسته پرداختند و تأثیر شیب، غلظت و دبی جریان بر آن را مورد مطالعه قرار دادند. برای صحتسنجی نرمافزار در تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریانهای گلآلود (پروفیل سرعت)، از یک نمونه آزمایشگاهی استفاده شد و نتایج حاصل از شبیهسازی با اندازهگیریهای آزمایشگاهی مربوطه مقایسه شد. برای مقایسه نتایج از آزمایشات انجام گرفته توسط حسینی و همکاران استفاده گردید. نتایج حاصل از مدل عددی پروفیل سرعت در بدنه با نتایج آزمایشگاهی تطابق نسبتاً خوبی داشت. نتایج مدل عددی مربوط به پروفیل سرعت با برخی از نتایج آزمایشگاهی مطابقت کمتری داشت که بخش عمدهای از خطاها مربوط به عدم امکان مدلسازی جریان در بخش پایینی در مشبندی به علت کمبود حافظه کامپیوتری و بخشی از خطاها نیز به نحوه مدلسازی جریان گلآلود بود.
برتور و بورنهم (2010)، به مدل‌سازی فرسایش رسوب در پاییندست سد با نرم‌افزار Flow3D پرداختند‌. در بررسی ایشان، برای محاسبه هر یک از ضرایب مشخصه رسوب در نرمافزار Flow3D، فرمولی ارائه و برای هر ضریب محدودهای تعیین شد.
کاهه و همکاران (2010)، مدل‌های آشفتگی k-εو RNG k-ε را جهت تخمین پروفیل‌های سرعت در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موج‌دار مورد بررسی و مقایسه قرار دادند. نتایج، توانایی مدل RNG k-ε در تخمین عمق ثانویه، طول پرش و توزیع سرعت را به خوبی نشان داد. ضریب تنش برشی برآورد شده توسط مدل عددی به نتایج بدست آمده از بررسی‌های آزمایشگاهی بسیار نزدیک بوده و به طور متوسط 8 برابر مقدار آن در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح صاف برآورد شد. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل آشفتگی RNG k-ε در مقایسه با مدل k-ε در مدلسازی پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موجدار از دقت بالایی برخوردار است.
آخریا و همکاران (2011)، به شبیهسازی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف انواع آبشکنها پرداختند. نتایج مدلسازی نشان داد که از بین مدلهای آشفتگی، مدلهای RNG k-ɛ و k-ɛ به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر بوده ولی مدل آشفتگی RNG k-ɛ بهترین نتایج را برای شبیه‌سازی میدان جریان اطراف آبشکن نشان داد.
الیاسی و همکاران (1390)، با بهرهگیری از نرمافزار Flow3D و با اعمال مدل آشفتگی RNG k-ɛ، الگوی جریان اطراف تک آبشکن مستغرق در کانال مستقیم شیبدار را بدون در نظر گرفتن سطح آزاد شبیهسازی نمودند و به مقایسه نتایج مدل عددی با دادههای آزمایشگاهی پرداختند. نتایج این شبیهسازی بدون در نظر گرفتن سطح آزاد، با دادههای آزمایشگاهی تطابق خوبی را نشان داد. مقایسه پروفیلهای سرعت در مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی بیانگر مطابقت این دادهها با هم میباشد.
عباسی چناری و همکاران (1390)، الگوی جریان اطراف آبشکنهای L شکل عمود بر ساحل را توسط نرمافزار Flow3D و با مدل آشفتگی k-ɛ شبیهسازی نمودند. در این بررسی، آبشکن L شکل نفوذناپذیر بوده که به صورت غیرمستغرق در 5 زاویه مختلف از قوس رودخانه قرار داده شده است. نتایج حاکی از آن است که تلاطم جریان، محدوده سرعتهای ماکزیمم و در نهایت بیشترین آبشستگی بستر، در دماغه آبشکن اتفاق میافتد. همچنین با افزایش دبی و عدد فرود جریان، محدوده سرعت ماکزیمم جریان در نزدیکی دماغه آبشکن افزایش مییابد و شکل آن در جهت جریان کشیده میشود. در نهایت نتیجه شد که مدل آشفتگی k-ɛ در شبیهسازی نواحی جریان برگشتی در پاییندست آبشکن و محل ایجاد گردابه و آشفتگی جریان در اطراف آبشکن، دقت خوبی دارد.
قنادان و همکاران (1391)، با نرمافزار Flow3D، به شبیهسازی عددی جریان از روی سرریز جانبی لبهپهن پرداخته و نتایج حاصل از این نرمافزار را با دادههای آزمایشگاهی مقایسه کردند. نتایج نشان داد که از میان مدلهای تلاطمی موجود در نرمافزار، مدل تلاطمی RNG k–ε از دقت بالاتری برای شبیهسازی جریان از سرریز جانبی برخوردار است. همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده، اثر تغییر ارتفاع و پهنای تاج سرریز بر دبی عبوری از سرریز مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس نتیجه شد که ارتفاع تاج سرریز جانبی لبهپهن بر مقدار دبی خروجی از سرریز نسبت به پهنای تاج مؤثرتر است.
فصل سوم
مواد و روش‌ها
3-1 مقدمه
در این بخش، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه در بستر صلب و شبیهسازی عددی هیدرولیک آن با نرمافزار Flow3D، توانایی مدل عددی Flow3D در شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی ارزیابی میشود. بنابراین در این بخش، علاوه بر بررسی نحوه انجام آزمایشات، به معرفی مدل Flow3D پرداخته و مراحل مدل‌سازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز و دریچه با نرمافزار Flow3D بیان میشود.
3-2 نحوه انجام آزمایشاتدر این بخش، به ارائه نحوه انجام آزمایشات هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه پرداخته میشود. در این تحقیق به منظور کالیبراسیون نرمافزار در حالت کف صلب، آزمایشاتی در کانال با طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر انجام شده و عمق جریان در طول کانال قرائت شد. همچنین جهت ارزیابی دقت نرمافزار در حالت کف متحرک از نتایج آزمایشگاهی شهابی(1389) در کانال با طول 12 متر، عرض و ارتفاع 60 سانتیمتر استفاده شده است.
کانال آزمایشگاهی مورد استفاده در کف صلب شامل قسمتهای زیر است (شکل 3-1):
1- مخزن
2- پمپ که شامل بخشهای تأمین برق، الکتروپمپ، شیر تنظیم دبی و مخزن تعیین دبی است.
3- مخزن آرام کننده جریان
4- کانال آزمایشگاهی
5- مدل سازه ترکیبی
شکل زیر نمای کلی مدل فیزیکی را نشان میدهد.

شکل 3-‌1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک
بخشهای اصلی کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، به صورت زیر تعریف میشوند:
3-2-1 مخزنبه منظور تأمین آب مورد نیاز جهت انجام آزمایش، از یک مخزن در قسمت پایین فلوم استفاده شده است. به هنگام آزمایش، آب به صورت رفت و برگشتی از مخزن به فلوم و بالعکس در جریان خواهد بود.
3-2-2 پمپجهت پمپاژ و جریان آب در فلوم، از پمپی با ظرفیت دبی 7 لیتر بر ثانیه استفاده شده است که با یک شیرفلکه معمولی، دبی پمپاژ تغییر داده میشود. به منظور قرائت دبی، از یک مخزن دبیسنج استفاده گردیده است.
3-2-3 کانال آزمایشگاهیکانال آزمایشگاهی دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر میباشد. جنس دیواره و کف کانال از پلکسی گلاس بوده تا امکان مشاهده جریان در کانال در حین آزمایش وجود داشته باشد.
3-2-4 مخزن آرامکننده جریاناین مخزن، آشفتگی جریانی که از پمپ سانتریفوژ وارد کانال خواهد شد را گرفته و جریان را به آرامی وارد کانال آزمایشگاهی میکند.

شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز- دریچهسازه ترکیبی سرریز- دریچه مورد استفاده در آزمایشات، در فاصله 2 متری از ابتدای کانال و با ضخامت 3 میلیمتر تعبیه شده که با ابعاد هندسی متفاوت ساخته شده است.

شکل 3-3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریانمشخصات آزمایشات انجام شده در کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، در جدول زیر شرح داده شده است:
جدول 3-1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریانپارامتر دفعات تغییر واحد محدوده تغییرات
دبی ورودی (Q) 7 Lit/s 64/2 – 39/1
بازشدگی دریچه (W) 5 Cm 5/1 – 5/0
ارتفاع سازه (T) 5 Cm 5/5 – 5/3
3-3 آنالیز ابعادیاولین گام در شبیهسازی و مدلسازی، شناخت متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی است. تعداد متغیرهای اثرگذار با توجه به پیچیدگی رفتار پدیده موردنظر، میتواند افزایش یابد.
با توجه به اینکه هر کمیت فیزیکی در قالب ابعاد بیان میشود، استفاده از روشی که بتواند با ترکیب متغیرهای اثرگذار، متغیرهای بیبعد را که مفهوم فیزیکی دارند ایجاد کند، میتواند در کاهش تعداد متغیرها بسیار مفید باشد.
آنالیز ابعادی روشی است که در آن با استفاده از مفهوم همگنی ابعاد، متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی مورد نظر در قالب متغیرهای بیبعد بیان میشوند. سپس بر اساس این متغیرها و انجام مطالعات آزمایشگاهی، رابطههای تجربی بدست میآورند.
برای انجام آنالیز ابعادی، روشهای مختلفی ازجمله روش فهرستنویسی، نظریه پیباکینگهام، روش گامبهگام و روش هانسیکر و رایت مایر وجود دارد.
در این تحقیق، روش پیباکینگهام که کاربرد وسیعتری دارد مورد بحث و استفاده قرار گرفت. این روش، یکی از روشهای معروف است که به طور وسیع در آنالیز ابعادی استفاده میشود.
در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه در حالت جریان آزاد، متغیرهای مؤثر عبارتند از:
1- دبی عبوری از روی سرریز، Qs
2- دبی عبوری از زیر دریچه، Qg
3- عمق بالادست سازه ترکیبی، H1
4- هد آب روی سرریز، Hd
5- طول سازه، T
6- بازشدگی دریچه، W
7- شتاب ثقل (g)، ρ و μ سیال
شکل (3-4) متغیرهای مؤثر در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه را در حالت جریان آزاد نشان می‌دهد.

شکل 3-4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب
با انجام آنالیز ابعادی به روش پیباکینگهام رابطه (3-1) بدست میآید. از آنجاییکه جریان آشفته است لذا از اثرات Re (رینولدز) صرف نظر شده و نهایتاً رابطه (3-2) بدست میآید.
430191950165(3- 1)
00(3- 1)
F(Qs , Qg , H1 , Hd , T , W , g , ρ , μ) = 0 → QsQg=f( Fr , Re , H1W , HdT )43584345080(3- 2)
00(3- 2)
QsQg=f( Fr , H1W , HdT )3-4 شبیهسازی عددیبه منظور مطالعه و تحلیل جریان در سازههای مختلف، مدلهای فیزیکی و ریاضی مختلف بکار گرفته میشود. با توجه به توسعه سیستمهای کامپیوتری و محاسباتی و همچنین وجود پیچیدگی‌های غیر قابل اندازه‌گیری در جریان عبوری از یک سازه ترکیبی سرریز - دریچه در مدل‌های آزمایشگاهی، استفاده از شبیهسازی عددی می‌تواند در بررسی هیدرولیکی چنین جریانهایی بسیار مؤثر و قابل توجه باشد.
در سالهای اخیر، بدلیل ابداع روشهای پیشرفته و دقیق حل عددی معادلات و بوجود آمدن رایانههای قوی برای انجام محاسبات، میتوان در طراحی این سازههای پیچیده از روشهای حل عددی نیز بهره گرفت. دینامیک سیالات محاسباتی، از روشهای محاسبه و شبیهسازی میدان جریان سیال میباشد که در قرن اخیر مورد توجه خاص مهندسین و طراحان قرار گرفته است.
استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی حاکی از مزایای زیر است:
1- کاهش در زمان و هزینه در طراحیها
2- توانایی مطالعه سیستمهایی که انجام آزمایشات کنترل شده روی آنها دشوار و یا غیر ممکن است مانند تأسیسات بزرگ
3- توانایی مطالعه سیستمها تحت شرایط تصادفی و بالاتر از حدود معمول آنها
از جمله نرمافزارهای موجود در زمینه CFD میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
CFX, Phonix, Telemac, FIDAP, Flow3D, Fluent
در این تحقیق، به ارزیابی مدل عددی Flow3D جهت شبیهسازی هیدرولیک جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه و همچنین آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی پرداخته می‌شود.
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3D یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد که تولید، توسعه و پشتیبانی آن توسط Flow Science, Inc است و یک مدل مناسب برای حل مسائل پیچیده دینامیک سیالات بوده و قادر است دامنه وسیعی از جریان سیالات را مدل کند. این مدل برای شبیهسازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیرماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. نرمافزار Flow3D، برای مسائل یک‌بعدی، دوبعدی و سهبعدی طراحی شده است. در حالت ماندگار، نتایج در زمان بسیار کمی حاصل میشود زیرا برنامه بر روی قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی پایهگذاری شده است تا این موارد برای مراحل مختلف جریان در هر زمینهای بکار برده شوند. این نرمافزار یک شبکه آسان از اجزاء مستطیلی را استفاده میکند.
نرمافزار Flow3D شامل مدلهای فیزیکی مختلف میباشد که عبارتند از: آبهای کمعمق، کاویتاسیون، آشفتگی، آبشستگی، کشش سطحی، پوشش متخلخل ذرات و ... . از این مدلها در زمینه‌های ریختهگری مواد، مهندسی فرآیند، طراحی تزریقهای مرکب، تولیدات مصرفی، هیدرولیک مهندسی محیط زیست، هوافضا، علوم دریایی، نفت، گاز و ... استفاده میشود.
در جدول (3-2)، ویژگیهای نرمافزار به اختصار نمایش داده شده است.
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3Dنام نرمافزار Flow3D
زمینه کاری یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد. این نرمافزار برای کمک به تحقیق در زمینه رفتار دینامیکی مایعات و گازها در موارد کاربردی وسیع طراحی شده است.
قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی
کاربردهای Flow3D در زمینه مهندسی آب پایههای پل- هوادهی در پرش هیدرولیکی- سرریز دایرهای- هوادهی در سرریزها- شکست سد- پارشال فلوم- آبشستگی- جریان بر روی یک پلکان- جریانهای با عمق کم- جریان در کانالهای کنترل پرش هیدرولیکی- موجهای کمارتفاع- دریچههای کشویی- جریان سرریز
سطح آزاد حد فاصل بین گاز و مایع همان سطح آزاد است. در Flow3D سطح آزاد با تکنیک حجم سیال مدل میشود. روش حجم سیال شامل سه جزء است: نمایش موقعیت سطح – شبکهبندی– شرایط مرزی سطح
تکنیک محاسبات Finite Difference - FiniteVolume
سیستمهای مختصات معادلات دیفرانسیلی که باید حل شود در قالب مختصات کارتزین (x,y,z) نوشته میشود. برای مختصات استوانهای (z,Ɵ,r) مختصات x به صورت شعاعی و مختصات y به صورت مختصات زاویهای
ادامه جدول 3- 2مدلهای آشفتگی در Flow3D پنج مدل آشفتگی ارائه شده است: طول اختلاط پرانتل، یک معادله، دو معادله k-ɛ، مدل‌های k-ɛ RNG و مدل شبیهسازی بزرگ
مدلسازی 1-General 2-Physics 3-Fluids 4- Meshing & Geometry
5-Boundaries 6-Initial 7-Output 8-Numerics
General زمان اتمام - تعداد سیالات – حالت جریان (که شامل حالت تراکمپذیر یا تراکمناپذیر است.)
Physics شامل بخشهایی نظیر ویسکوزیته که شامل حالتهای سیال ویسکوز و غیرویسکوز است، شتاب ثقل زمین، که در جهت قائم مختصات برابر 81/9- وارد میشود، کشش سطحی، حفرهزدایی، آبشستگی رسوب و ...
Fluids ویسکوزیته، جرم حجمی، تراکمپذیری، مشخصات گرمایی و آحاد
Meshing & Geometry برای مشخص کردن حدود مشبندی، بلوکهایی تعیین میشود که کلیه اندازه سازههای مورد نظر و فضای آزاد در داخل آن تعریف میشود. میتوان همه جزئیات سازه مورد نظر را در یک بلوک هم در نظر گرفت. سیستم مختصاتی میتواند از نوع کارتزین یا استوانهای باشد.
Boundaries در مختصات کارتزین برای تعریف شرایط مرزی،6 درجه مشخص داریم که با توجه به جهت مثبت x, y, z شامل Xmax ,Xmin, Ymax, Ymin, Zmax, Zmin میباشد.
Initial در این قسمت، با توجه به ویژگیهای مسئله شرایط اولیه اعمال میگردد.
Output در این بخش، ویژگیها و امکاناتی برای داشتن مشخصات خاصی از نتایج ارائه میشود.
Numerics در قسمت گزینههای ضمنی برای تنش ویسکوز، هدایت گرمایی و ... امکان انتخاب بین حل صریح یا ضمنی وجود دارد.
برخی از تواناییهای مدل Flow3D جهت شبیهسازی با نمایش شکل مدل عبارتند از:

شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازهاین نرمافزار معادلههای حاکم بر حرکت سیال را با استفاده از تقریب احجام محدود حل میکند. محیط جریان به شبکهای با سلولهای مستطیلی ثابت تقسیمبندی میشود که برای هر سلول مقدارهای میانگین کمیتهای وابسته وجود دارد یعنی همه متغیرها در مرکز سلول محاسبه میشوند بجز سرعت که در مرکز وجوه سلول حساب میشود.
در این نرمافزار از دو تکنیک عددی جهت شبیهسازی هندسی استفاده شده است:
1- روش حجم سیال (VOF): این روش برای نشان دادن رفتار سیال در سطح آزاد مورد استفاده قرار میگیرد. این روش بر مبنای تقریبهای سلول دهنده - پذیرنده است که اولین بار توسط Hirt و Nichols در سال 1981 بیان شد.
2- روش کسر مساحت – حجم مانع (FAVOR): از این روش جهت شبیهسازی سطوح و احجام صلب مثل مرزهای هندسی استفاده میشود. هندسه مسئله با محاسبه کسر مساحت وجوه و کسر حجم هر المان برای شبکه که توسط موانعی محصور شدهاند تعریف میشود. همان طور که کسر حجم سیال موجود در هر المان شبکه برای برقراری سطوح سیال مورد استفاده قرار میگرفت، کمیت کسر حجم دیگری برای تعیین سطوح صلب مورد استفاده قرار میگیرد.
فلسفه روش FAVOR بر این مبناست که الگوریتمهای عددی بر مبنای اطلاعاتی شامل فقط یک فشار، یک سرعت، یک دما و ... برای هر حجم کنترل است، که این با استفاده از مقدارهای زیادی از اطلاعات برای تعریف هندسه متناقض است. بنابراین روش FAVOR، المانهای ساده مستطیلی را حفظ میکند، در صورتی که میتواند اشکالی با هندسه پیچیده در حد سازگاری با مقادیر جریان میان‌گیری شده را برای هر المان نشان دهد.
3-4-2 معادلات حاکمدینامیک سیالات محاسباتی، روشی برای شبیهسازی جریان است که در آن معادلات استاندارد جریان از قبیل معادلات ناویر استوکس و معادله پیوستگی قابل حل برای تمام فضای محاسبات می‌باشد. فرم کلی معادله پیوستگی به صورت شکل زیر بیان می‌شود:
416382464733(3-3)
00(3-3)
که درآن VF ضریب حجم آزاد به سمت جریان و مقدار R در معادله فوق، ضریب مربوط به مختصات به صورت کارتزین و یا استوانه‌ای می‌باشد. اولین عبارت در سمت راست معادله پیوستگی مربوط به انتشار تلاطم بوده و به صورت زیر قابل تعریف می باشد:
424413450800(3-4)
00(3-4)
عبارت دوم در سمت راست معادله (3-3) بیانگر منشأ دانسیته است که برای مدلسازی تزریق توده مواد اهمیت دارد:
428985427305(3-5)
00(3-5)
همچنین فرم کلی معادلات حرکت (مومنتم) در حالت سه بعدی به صورت زیر می‌باشد:
4361180396875(3-6)
00(3-6)

که در معادلات فوق Gx , Gy , Gz مربوط به شتاب حجمی می‌باشند. پارامترهای fx ,fy ,fz شتابهای ناشی از جریان‌های لزج بوده و bx , by , bz نیز شامل روابط مربوط به افت در محیطهای متخلخل هستند.
3-4-3 مدلهای آشفتگیاکثر جریانهای موجود در طبیعت به صورت آشفته میباشند. در اعداد رینولدز پایین، جریان آرام بوده ولی در اعداد رینولدز بالا جریان آشفته میشود، به طوری که یک حالت تصادفی از حرکت در جایی که سرعت و فشار بطور پیوسته درون بخشهای مهمی از جریان نسبت به زمان تغییر میکند، گسترش مییابد. این جریانها بوسیله خصوصیاتی که در ادامه ارائه شدهاند شناسایی میگردند:
1- جریانهای آشفته به شدت غیر یکنواخت هستند. در این جریانها اگر تابع سرعت در برابر زمان ترسیم شود، بیشتر شبیه به یک تابع تصادفی خواهد بود.
2- این جریانها معمولاً سهبعدی هستند. پارامتر سرعت میانگین گاهی اوقات ممکن است تنها تابع دو بعد باشد، اما در هر لحظه ممکن است سهبعدی باشد.
3- در این نوع جریانها، گردابهای کوچک بسیار زیادی وجود دارند. شکل کشیده یا عدم تقارن گردابها، یکی از خصوصیات اصلی این جریانها است که این امر با افزایش شدت آشفتگی، افزایش مییابد.
4- آشفتگی، شدت جریانهای چرخشی در جریان را افزایش میدهد که این عمل میتواند باعث اختلاط شود. فرآیند چرخش در سیالاتی رخ میدهد که حداقل، میزان یکی از مشخصههای پایستار آنها متغیر باشد. در عمل، اختلاط بوسیله فرآیند پخش انجام میشود، به این نوع جریانها غالباً جریانهای پخششی نیز میگویند.
5- آشفتگی جریان باعث میشود جریانهایی با مقادیر متفاوت اندازه حرکت با یکدیگر برخورد کنند. گرادیانهای سرعت بر اثر ویسکوزیته سیال کاهش مییابند و این امر باعث کاهش انرژی جنبشی سیال میشود. به بیان دیگر میتوان گفت که اختلاط یک پدیده، مستهلک کننده انرژی است. انرژی تلف شده نیز طی فرآیندی یکطرفه به انرژی داخلی (حرارتی) سیال تبدیل میشود.
تمام مشخصاتی که به آنها اشاره شد برای بررسی یک جریان آشفته مهم هستند. تأثیراتی که توسط آشفتگی ایجاد میشود بسته به نوع کاربری ممکن است ظاهر نشود و به همین دلیل باید این جریانها را با توجه به نوع و کاربری آن مورد بررسی قرار داد. برای بررسی جریانهای آشفته، روش‌های مختلفی وجود دارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهد شد.
مدلهای آشفتگی، ویسکوزیته گردابهای (vt) و یا تنش رینولدز (-Uij) را تعیین میکند و فرضیات زیادی برای همه آنها حاکم است که عبارتند از:
معادلات ناویر استوکس میانگینگیری شده زمانی، میتواند بیانگر حرکت متوسط جریان آشفته باشد.
پخش آشفتگی متناسب با گرادیان ویژگیهای آشفتگی است.
گردابهها میتوانند ایزوتروپیک و یا غیر ایزوتروپیک باشند.
همه مقادیر انتقال آشفته توابع موضعی از جریان هستند.
در مدلهای آشفته باید همسازی وجود داشته باشد.
این مدلها میتوانند یک مقیاسی و یا چند مقیاسی باشند.
همه مدلها در نهایت به کالیبراسیون به صورت تجربی نیاز دارند.
بسیاری از مدلهای آشفتگی بر پایه فرضیه بوزینسک استوار هستند. مدلهای آشفتگی به پنج دسته تقسیم میشوند:
1- مدلهای صفرمعادلهای
2- مدلهای تکمعادلهای
3- مدلهای دومعادلهای
4- مدلهای جبری
5- مدلهای شبیهسازی گردابهای بزرگ
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهایدر این مدلها هیچگونه معادله دیفرانسیلی برای کمیتهای آشفتگی ارائه نمیشود. این مدلها نسبتاً ساده بوده و دادههای تجربی و آزمایشگاهی در آنها نقش اساسی دارد و تنشهای آشفتگی در هر جهت متناسب با گرادیان سرعت میباشد. نمونهای از این مدلها عبارتند از:
1- مدل لزجت گردابهای ثابت
2- مدل طول اختلاط پرانتل
3- مدل لایه برش آزاد پرانتل
3-4-3-2 مدلهای یک معادلهایاین مدلها بر خلاف مدلهای صفر معادلهای، از یک معادله برای انتقال کمیت آشفتگی استفاده میکنند. این معادله ارتباط بین مقیاس سرعت نوسانی و کمیت آشفتگی میباشد که جذر انرژی جنبشی آشفتگی به‌عنوان مقیاس سرعت در حرکت آشفته مد نظر میباشد و مقدار آن توسط معادله انتقال محاسبه میگردد.
3-4-3-3 مدلهای دومعادلهایمدلهای دو معادلهای سادهترین مدلها هستند که قادرند نتایج بهتری در جریانهایی که مدل طول اختلاط نمیتواند به صورت تجربی در یک روش ساده مورد استفاده قرار بگیرد، ارائه دهند. به طور مثال جریانهای چرخشی از این نمونهاند. تقسیمبندی این مدلها بر اساس محاسبه تنش رینولدز و یا ویسکوزیته گردابهای به صورت زیر است:
ویسکوزیته گردابهای
جبری
تنش رینولدز غیرخطی
این مدلها، دو معادله دیفرانسیلی را حل میکنند. به معادله k که از قبل بوده، معادله ɛ هم اضافه میشود. معادله انرژی جنبشی، k، بیانکننده مقیاس سرعت است، بدین صورت که اگر قرار باشد سرعتهای نوسانی مورد بررسی قرار بگیرند، میتوان جذر انرژی جنبشی حاصل از آشفتگی در واحد جرم را به عنوان مقیاس در نظر گرفت، معادله نرخ میرایی انرژی جنبشی، ɛ، نیز مقیاس طول است. در حقیقت مقیاس طول، اندازه گردابههای بزرگ دارای انرژی جنبشی را میدهد که باعث انتقال آشفتگی در توده سیال میشود.
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنشنرمافزار Flow3D مدل آشفتگی جدیدتری بر مبنای گروههای نرمال شده رینولدز پیادهسازی کرده است. این دیدگاه شامل روشهای آماری برای استحصال یک معادله متوسطگیری شده برای کمیت‌های آشفتگی است. مدلهای بر پایه RNG k-ɛ از معادلاتی استفاده میکند که شبیه معادلات مدل آشفتگی k-ɛ است اما مقادیر ثابت معادله که به صورت عملی در مدل استاندارد k-ɛ یافت شده‌اند، صریحاً از مدل RNG k-ɛ گرفته شدهاند. از این رو، مدل RNG k-ɛ قابلیت اجرایی گسترده‌تری نسبت به مدل استاندارد k-ɛ دارد. بویژه مدل RNG k-ɛ برای توصیف دقیقتر آشفتگی جریانهای با شدت کمتر و جریانهایی با مناطق دارای برش، قویتر شناخته شده است. در معادله RNG k-ɛ، فرمول تحلیلی برای محاسبه عدد پرانتل آشفته وجود دارد ولی در مدل k-ɛ، از یک مقدار ثابت که استفاده کننده مدل به آن معرفی میکند استفاده میگردد. در مدل RNG k-ɛ، تأثیر گرداب در آشفتگی لحاظ میگردد لذا دقت حل جریانهای چرخشی را بالا میبرد.
نرمافزار Flow3D از پنج مدل آشفتگی طول اختلاط پرانتل، مدل تک معادلهای، دومعادلهای k-ɛ، دومعادلهای RNG k-ɛ و روش گردابهای بزرگ (LES) بهره میبرد.
3-4-4 شبیهسازی عددی مدلدر این تحقیق، شبیهسازی عددی شامل دو قسمت میباشد:
1- قسمت اول مربوط به شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه است که آزمایشات بکار رفته جهت واسنجی مدل، در کانال با مقیاس کوچک انجام شده است. کانال با مقیاس کوچک دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر بوده که سازه ترکیبی مورد نظر با ضخامت 3 میلیمتر و در فاصله 2 متری از ابتدای کانال تعبیه شده است.
همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده با دادههای آزمایشگاهی مربوط به هیدرولیک جریان، مدلهایی مربوط به سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی مدل شده و تأثیر میزان انقباض سرریز- دریچه بر نسبت دبی عبوری از روی سرریز به دبی عبوری از زیر دریچه بررسی شد.
2- قسمت دوم مربوط به شبیهسازی حفره آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه است که برای شبیهسازی عددی آبشستگی، از آزمایشات انجام شده توسط شهابی و همکاران (1389) در کانال با مقیاس بزرگ استفاده شده است. کانال با مقیاس بزرگ دارای طول 12 متر، عرض و ارتفاع 6/0 متر است. کف کانال به ارتفاع 25 سانتیمتر از رسوبات یکنواخت با D50= 1.5 mm و ضریب یکنواختی 18/1 پوشانده شده است. دریچه و سرریز ترکیبی با ضخامت 6 میلیمتر و در فاصله 4/6 متری از ابتدای کانال نصب شده است.
پس از واسنجی نرمافزار، مدل برای شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف اجرا شد و با انتگرال‌گیری پروفیل سرعت بالای سرریز و زیر دریچه، نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (QsQg) محاسبه شد. مشخصات مدلسازیهای انجام شده برای آبشستگی در جدول (3- 3) ارائه داده شده است.
جدول 3-3 محدوده دادههای بهکار رفته جهت شبیهسازی آبشستگیبازشدگی دریچه (cm) ارتفاع سازه (cm) مقادیر دبی (lit/s)
2 ، 1 8 34/11 66/10 98/9 68/8 52/7
2 ، 1 10 1/15 86/13 6/12 33/11 78/9
2 ، 1 12 26/16 14/15 4/14 88/13 3/11
3 ، 4 10 11/20 87/18 52/17 27/16 1/15
مراحل اصلی شبیهسازی عددی در نرمافزار Flow3D عبارتند از:
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدلدر صورتی که هندسه مدل آزمایشگاهی به صورت منظم باشد میتوان شکل آن را در خود نرم‌افزار Flow3D ترسیم نمود اما در صورتی که مدل مورد نظر شکل نامنظم داشته باشد نرمافزار قادر خواهد بود فایلهای ایجاد شده در نرمافزارهایی نظیر اتوکد و همچنین فایلهای توپوگرافی به صورت X, Y, Z را مورد استفاده قرار دهد. در این تحقیق، مدلهای بکار رفته در خود نرمافزار ترسیم شده است.
3-4-4-2 شبکهبندی حل معادلات جریانیکی از مهمترین نکاتی که بایستی در شبیهسازی عددی مورد توجه قرار بگیرد، شبکهبندی مناسب برای حل دقیق معادلات حاکم است. ساختن شبکه مناسب برای میدان حل معادلات، دقت محاسبات، همگرایی و زمان محاسبات را تحت تأثیر قرار میدهد. در کلیه مدلهای عددی صورت گرفته، ابعاد شبکه طوری تعیین شد که پارامترهای کنترل شبکه از قبیل حداکثر نسبت ابعاد شبکه در راستای طولی و عمقی و ضریب نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف و در مجاورت یکدیگر مناسب انتخاب شده باشد. برای نتایج دقیق و مؤثر، مقدار هریک از دو پارامتر فوق باید به عدد 1 نزدیک بوده و مقدار نسبت ابعاد شبکه در مجاور یکدیگر از 25/1 و همچنین نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف از 3 نباید بیشتر باشد (فلوساینس، 2008).
در بخش شبیهسازی هیدرولیک جریان که در کانال با مقیاس کوچک صورت گرفت، مشبندی شبکه جریان، به صورت سهبعدی و ابعاد شبکه در هر سه بعد یکسان و برابر 5 میلیمتر در نظر گرفته شد. (در صورتی که مشبندی شبکه جریان، یکنواخت صورت گرفت نتایج حاصل از مدل به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر و دقت مدل عددی بیشتر میشد). برای این مدلسازی، زبری کف کانال و بدنه سازه برابر 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
مشبندی در مقطع عرضی مشبندی در مقطع طولی

شکل 3-10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک
در بخش شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی که در کانال با مقیاس بزرگ انجام شده است، جهت کاهش زمان تحلیل نرمافزار، شبکه جریان به صورت دوبعدی مشبندی شده و ابعاد شبکه در راستای Z به صورت یکنواخت و برابر 5 میلیمتر و در راستای X به صورت غیر یکنواخت و در نزدیکی سازه مورد نظر، تعداد مش بیشتر و اندازه آنها ریزتر در نظر گرفته شد به طوری که اندازه مش بین 6 تا 20 میلیمتر متغیر است. برای این مدلسازی، زبری کف کانال یکسان با قطر متوسط رسوبات و برابر با 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
1501775101346000
شکل 3-11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ
3-4-4-3 شرایط مرزی کاناللایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس کوچک بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلبجدول 3-4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
دبی ورودی جریان خروجی دیوار دیوار تقارن

لایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس بزرگ بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوبجدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
فشار ثابت جریان خروجی دیوار دیوار تقارن
برای انتخاب فشار ثابت برای ورودی کانال، ارتفاع سیال در قسمت فشار ثابت برابر عمق ابتدایی جریان در حالت آزمایشگاهی انتخاب شد.
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدلبرای مدلسازی هیدرولیک جریان در بستر صلب، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان، به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به‌دلیل آشفتگی جریان در آزمایشات، دو مدل آشفتگی k-ɛ و RNG k-ɛ در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
برای مدلسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به دلیل آشفتگی جریان، سه مدل آشفتگی k-ɛ ، RNG k-ɛ و LES در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
4- مشخصات رسوبی که در مدلسازیها جهت کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی تعریف شد در جدول زیر ارائه داده شده است:
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوبپارامتر مورد نظر مقدارهای انتخاب شده
ضریب دراگ 5/1 2/1 1 5/0
عدد شیلدز بحرانی 15/0 1/0 05/0 035/0
زاویه ایستایی 40 35 30
حداکثر ضریب تراکم مواد بستر 8/0 74/0 7/0 6/0 4/0 38/0
ضریب تعلیق مواد بستر 026/0 018/0 01/0
ضریب بار بستر 16 8
عوامل مؤثر در کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سازه، پارامترهای حداکثر ضریب تراکم مواد بستر، عدد شیلدز بحرانی، ضریب دراگ، زاویه ایستایی و همچنین نوع مدل آشفتگی بودند.
3-4-4-5 شرایط اولیه جریانقبل از وارد کردن جریان در مدلسازی عددی، حالت اولیه کانال را انتخاب میکنند که در این تحقیق، قبل از ورود جریان، کانال تا قبل از سازه و تا لبه تاج سرریز از سیال مورد‌نظر در نظر گرفته شد.
3-4-4-6 زمان اجرای مدلنکته دیگری که در شبیهسازیهای عددی بسیار مهم است، زمان اجرای مدل تا رسیدن به یک مقدار مناسب از لحاظ پایداری و ماندگاری جریان است. بنابراین در کلیه آزمایشات شبیهسازی شده، زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان بین 30-15 ثانیه و برای شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی بین 5000 - 4000 ثانیه در نظر گرفته شد، که با سپری شدن این مدت زمان، جریان در کانال به صورت یکنواخت میشود.

شکل 3-14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان
شکل 3-15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی-420069-631311
فصل چهارم
نتایج و بحث
4-1 مقدمه
در این بخش، به مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه با دادههای آزمایشگاهی مربوط به آن پرداخته شده و توانایی نرمافزار Flow3D در شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ارزیابی میشود.
این فصل شامل دو بخش هیدرولیک جریان و آبشستگی میباشد که در هر بخش، ابتدا نتایج کالیبراسیون نرمافزار با دادههای آزمایشگاهی ارائه میشود و سپس نرمافزار برای شرایط هندسی و هیدرولیکی دیگر مورد ارزیابی و آزمون قرار می‌گیرد.
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب4-2-1 واسنجی نرمافزاردر مرحله اول شبیهسازی، واسنجی نرمافزار با استفاده از دادههای آزمایشگاهی انجام میشود. جهت واسنجی نرمافزار در شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی، از شبکه‌بندیهای مختلف و مدلهای مختلف آشفتگی استفاده شد. طی شبیهسازیهای انجام شده، نتیجه شد که هر چه شبکهبندی میدان حل یکنواختتر باشد، نتایج شبیهسازی عددی پروفیل سطح آب به دادههای آزمایشگاهی آن نزدیکتر است (شکل 4-1). به همین دلیل، شبکهبندی جریان جهت مدلسازی هیدرولیک جریان به صورت یکنواخت انجام شد. همچنین هر چه اندازه سلولهای شبکهبندی میدان حل ریزتر در نظر گرفته شد، تطابق نتایج نرمافزار با نتایج آزمایشگاهی بهتر شد. علاوه بر این، چون در آزمایشات انجام شده، بازشدگی دریچه مقدار کمی داشته و بایستی سلولی در شبکهبندی میدان جریان در راستای عمقی (Z) بازشدگی وجود داشته باشد، بنابراین شبکهبندی جریان با ابعاد ریز و برابر با 5×5×5 میلیمتر و تعداد کل مش برای هر مدلسازی تقریباً 162000 سلول در نظر گرفته شد. زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان، بین 30 – 15 ثانیه انتخاب شد.

—d1151

2-6-1 ابر عمومی 17
2-6-2 ابر گروهی 18
2-6-3 ابر ترکیبی 18
2-6-4 ابر خصوصی 18
2-7 مشخصات محاسبات ابری 19
2-8 مزایای محاسبات ابری 21
2-9 نقاط ضعف محاسبات ابری 24
2-10 بررسی وضعیت محاسبات ابری درجهان از نگاه آماری 25
2-11 یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure 30
2-12 تعریف سیستم عامل 31
2-13 انواع سیستم عامل 31
2-13-1 سیستم عامل تک پردازنده 31
2-13-2 سیستم عامل شبکه ای 31
2-13-3 سیستم عامل توزیع شده 31
2-13-4 سیستم عامل بی درنگ 32
2-14 سیستم های توزیعی 32
2-14-1 شفافیت 33
2-14-2 قابلیت اطمینان 34
2-14-3 کارایی 34
2-14-4 مقیاس پذیری 35
2-15 سیستم عامل های توزیعی 35
2-15-1 الگوی مبتنی برپیام 36
2-15-2 الگوی مبتنی بر شیء 36
2-16 رویکرد سیستم عامل های ابری 36
2-17 الگوی سیستم عامل ابری 37
2-17-1 شیء ابری 37
2-17-2 نخ 39
2-17-3 تعامل میان شیء و نخ 39
2-18 برنامه نویسی در مدل شیء – نخ در ابرها 40
2-19 معماری سیستم عامل ابری 41
2-20 برخی سیستم عامل های ابری موجود 42
2-20-1 سیستم عامل iCloud 43
2-20-2 سیستم عامل GlideOS 44
2-20-3 سیستم عامل G.ho.st 45
2-20-4 سیستم عامل JoliCloud 46
2-20-5 سیستم عامل eyeOS 47
2-20-6 گوگل کروم، سیستم عامل اینترنت 47
2-21 مزایا و معایب سیستم عامل های ابری مبتنی بر وب 51
2-22 مطالعه مروری بر سایر پژوهش های مرتبط مهم 51
فصل سوم: روش تحقیق 54
3-1 چالش های رایج در زمینه سیستم عامل های ابری 55
3-1-1 مقیاس پذیری 55
3-1-1-1 تغییر مقیاس افقی و عمودی 56
3-1-1-2 مقیاس پذیری پایگاه داده ها 57
3-1-1-3 طراحی برای مقیاس پذیری 58
3-1-1-4 مقیاس پذیری در محاسبات ابری 59
3-1-1-5 تغییر مقیاس قوی و ضعیف 59
3-1-2 کشش تقاضا 60
3-1-3 خطاها 60
3-1-4 گره خوردن کاربران به یک سرویس دهنده خاص 61
3-1-5 وابستگی شدید بین مولفه ها 61
3-1-6 فقدان پشتیبانی چند مستاجری 62
3-1-7 فقدان پشتیبانی از SLA 62
3-1-7-1 تعریف توصیف SLA 62
3-1-7-2 فقدان SLA در ابرهای موجود 64
3-1-8 فقدان انعطاف پذیری لازم در واسط کاربری 64
3-2 ارائه راهکارها 64
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق 68
4-1 پیاده سازی و شبیه سازی 69
4-2 شرایط محیط شبیه سازی 71
4-3 مقیاس پذیری با اندازه شبکه 72
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 74
5-1 خلاصه و نتیجه گیری 75
5-2 مزایای تحقیق انجام شده 75
5-3 معایب تحقیق انجام شده 75
5-4 کارهای آتی 76
منابع و مآخذ 77
منابع فارسی 78
منابع غیرفارسی 79
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : سرویس دهندگان زیرساخت به عنوان سرویس 13
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس 15
جدول 2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس 16
جدول 4-1 : شرایط محیط شبیه سازی 72
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : تصویری از محاسبات ابری 8


شکل2-2 : الگوی استقرار ابر 17
شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری 19
شکل 2- 4: تمایل به سمت محاسبات ابری 24
شکل 2-5: بررسی وضعیت محاسبات ابری جهان 26
شکل 2-6: سیستم توزیع شده به عنوان میان افزار 33
شکل 2-7 : ساختمان یک شی ابری 38
شکل 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری 39
شکل 2-9 : مدل منطقی از یک معماری سیستم عامل ابری 41
شکل 2-10 : سیستم عامل iCloud 43
شکل 2-11: تصویری از سیستم عامل GlideOS 44
شکل 2-12 : تصویری از سیستم عامل G.ho.st 45
شکل 2-13 : تصویری از سیستم عامل JoliCloud 46
شکل 2-14 : تصویری از سیستم عامل eyeOS 47
شکل 3-1 : بروز رسانی موقعیت گره در روش RNP 66
شکل 3-2 : درخواست موقعیت و ارسال بسته در روش RNP 66
شکل 3-3: شبه کد به روز رسانی موقعیت گره 67
شکل 3-4: شبه کد درخواست موقعیت 67
شکل 4-1: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد پردازنده 69
شکل 4-2: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد ماشین مجازی 70
شکل 4-3: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد پردازنده 70
شکل 4-4: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد ماشین مجازی 71
شکل 4-5: نرخ موفقیت درخواست با افزایش تعداد گره ها 72
شکل 4-6: افزایش درصد بسته های تحویل داده شده با افزایش گره ها 73
شکل 4-7: کاهش سربار داده با افزایش تعداد گره ها 73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
مقدمه
در دهه های آینده ما شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها خواهیم بود. ابرها که از پردازنده های چند هسته ای تشکیل شده اند منابع محاسباتی بی نظیری فراهم می سازند. باید توجه داشت که با افزایش وسعت دامنه های اطلاعاتی و محاسباتی نیاز به منابع این چنینی بیش از پیش احساس خواهد شد و با افزایش حجم منابع نیاز به مدیریتی کارا و شفاف الزام پیدا می کند. در اینجا ممکن است این سوال مطرح شود که: ابرها چه امکاناتی برای کاربران فراهم می آورند؟ ابرها در انجام محاسبات عظیم نقش مهمی را ایفا می کنند و به کاربران این امکان را می دهند که برنامه های خود را بر روی بستری قابل اطمینان و بسیار کارآمد که از اجزای صنعتی استاندارد تشکیل شده است اجرا کنند. همچنین ابرها مدل محاسباتی بسیار ساده ای را فراهم می آورند به این صورت که کاربران تنها خروجی مورد نظر را با کمترین هزینه برای کاربر تامین می نمایند. ابرها در کنار اینکه فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. برای مثال از این چالش ها می توان به نحوه هماهنگ ساختن میزان منابع با درخواست ها و یا وسعت زیاد منابع تحت مدیریت سیستم عامل اشاره نمود. در این تحقیق با چالش های موجود در این زمینه بیشتر آشنا می شویم و پیرامون هر کدام به تفضیل صحبت خواهیم کرد.
سوالات اصلی تحقیق
سیستم عامل های ابری که نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند، می توانند مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه ساخته و یک سیستم متمرکز را تولید کنند. با توجه به اینکه ابرها فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. به همین منظور سوالات زیر مطرح می شود:
چالش های موجود در سیستم عامل های ابری کدامند؟
آیا تا به حال این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته اند؟
این چالش ها تا چه اندازه اهمیت دارند؟
آیا راهکاری برای این چالش ها در نظر گرفته شده است؟
هدف از اجراء
در دهه های اخیر شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها بوده ایم و این تکنولوژی همچنان با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت است. دلیل این امر افزایش منابع اطلاعاتی و محاسباتی است که این نیاز را به وجود آورده است که با ساخت چنین تکنولوژی هایی به ویژه پردازنده های چند هسته ای، مدیریتی کارا و شفاف بر این اطلاعات حجیم و محاسبات عظیم صورت گیرد. مدیریت اطلاعات و محاسبات این چنینی در محیط هاو سیستم های توزیعی به مراتب آسان تر از محیط های دیگر است. یکی از سیستم های توزیعی ابرها می باشند که می توانند نقش مهمی را در محاسبات عظیم و ذخیره سازی اطلاعات حجیم، ایفا کنند. بنابراین لزوم بررسی چالش ها و موانع در این قبیل سیستم ها و رفع آنها می تواند گامی موثر در افزایش سرعت و کارایی این گونه سیستم ها داشته باشد.
توجیه ضرورت انجام طرح
همزمان با رشد چشمگیر تکنولوژی پردازنده ها، ابرها نیز گسترش روز افزونی پیدا کرده اند. به همین ترتیب تعداد کامپیوترهای افزوده شده به زیر ساخت ابرها نیز افزایش پیدا کرده است که البته قابل ذکر است این افزایش با توجه به تقاضای روزافزون کاربران برای میزبانی این منابع می باشد. منابع ابری برای کاربران نامحدود بوده و کاربران تنها محدودیت مالی برای خرید این منابع را پیش رو دارند. پس می توان نتیجه گرفت که یکی از مهم ترین چالش ها در این زمینه مقیاس پذیر بودن سیستم عامل های ابری می باشد. در ابرها پارامترهایی همچون تقاضا، حجم کار و منابع در دسترس در طول زمان پیوسته در حال تغییر می باشند. برای مثال هنگامی که کاربر محاسبات سنگین و پیچیده ای درخواست می کند منابع مورد نیاز وی افزایش پیدا می کند و در پایان منابع از کاربر تحویل گرفته می شوند، قابل ذکر است این افزایش و کاهش در منابع ممکن است از دید کاربر پنهان بماند. باید به این نکته توجه داشت که تقاضا هیچ گاه ثابت نمی ماند و میزان منابع مورد نیاز در گستره زیادی در حال تغییر می باشد. از طرفی برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر معمولا منابع را بین کاربران و دیگر برنامه های کاربردی به اشتراک می گذارند. اگرچه برنامه کاربردی هر کاربر در لفاف مجازی جداگانه ای قرار گرفته است ولی کیفیت سرویسی که برای برنامه فراهم می شود را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه براین برنامه نویسی در این سیستم عامل نیز کاری مشکل و توام با خطا است. با توجه به مشکلات برنامه نویسی چند نخی و چند فرآیندی که در این نوع سیستم عامل ها استفاده می شود امکان وجود خطا افزایش می یابد. همچنین به دلیل کمبود ابزارهای اشکال زدایی و آنالیز سیستم های بزرگ فهمیدن خطاها سخت و برطرف سازی آنها چالش برانگیز است. برخی چالش های ذکر شده در این زمینه موجب به وجود آمدن مسیر تحقیقاتی گوناگون شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد که البته هر کدام از این مسیرها به بخش های دیگری می شکنند که زمینه جدیدی را فراهم می کند.
استفاده از اشیاء پایدار: یکی از زمینه های اصلی مدل ابری فراهم آوردن مخازن داده پایدار و قابل اشتراک می باشد. بنابراین محور اصلی برخی از تحقیقات در زمینه سیستم عامل های ابری، پشتیبانی کارامد و استفاده بهینه از حافظه پایدار می باشد. علاوه بر این عرصه دیگر تحت کنترل درآوردن منابع توزیع شده می باشد که منجر به افزایش سرعت برنامه های اجرایی بر روی ابرها می گردد.
اطمینان و امنیت در سیستم عامل های ابری: یکی از اهداف مهم این سیستم ها فراهم آوردن محیط محاسباتی امن برای کاربران است. این چالش از دو بخش اصلی تشکیل می شود: حفاظت از داده ها هنگام خرابی سیستم و تضمین انجام ادامه محاسبه از جایی که محاسبه قطع گردید. می توان به این نتیجه رسید یکی دیگر از زمینه های تحقیق پیرامون سیستم عامل های ابری افزایش اطمینان این سیستم عامل ها می باشد.
تحمل خطا: افزایش تحمل خطا زمینه ی تحقیقات دیگر حول این موضوع می باشد.
تعاریف واژه ها
سیستم های توزیعی
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل سعی شده قبل از آشنایی کامل با سیستم عامل های ابری در مورد محاسبات ابری، انواع سیستم عامل ها، سیستم های توزیعی و سیستم عامل های توزیعی آشنا شویم، سپس با برخی سیستم عامل های ابری موجود آشنا شده و در نهایت به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته می پردازیم.
محاسبات ابری
محاسبات ابری مدل محاسباتی بر پایه شبکه‌های بزرگ کامپیوتری مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل سرویس‌های فناوری اطلاعات (شامل سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات، و سایر منابع اشتراکی محاسباتی) با به کارگیری اینترنت ارائه می‌کند. سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی می کنند بر اساس نیازهای خود و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود، به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیراً محاسبات ابری[15]. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که به واسطه آن کاربران می توانند به برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری می تواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، به عنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار می گیرند.

شکل 2-1: تصویری از محاسبات ابری[33]
معرفی محاسبات ابری
دنیای فناوری اطلاعات و اینترنت که امروزه تبدیل به جزئی حیاتی از زندگی بشر شده، روز به روز در حال گسترش است. همسو با آن، نیازهای اعضای جوامع مانند امنیت اطلاعات، پردازش سریع، دسترسی پویا و آنی، قدرت تمرکز روی پروژه های سازمانی به جای اتلاف وقت برای نگه داری سرورها و از همه مهم تر، صرفه جویی در هزینه ها اهمیت زیادی یافته است. راه حلی که امروزه در عرصه فناوری برای چنین مشکلاتی پیشنهاد می شود تکنولوژی ای است که این روزها با نام محاسبات ابری شناخته می شود.
محاسبات ابری نمونه ای است که منابع بیرونی همه نیازهای IT را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزارهایی مثل Office و ERP را در اینترنت تهیه می کند. محاسبات ابری همچنین، رشد و پیشرفت کاربرد های وسیع و تست برای شرکت های IT کوچکی را اجازه می دهد که نمی توانند سرمایه های بزرگ در سازمان داشته باشند. مهم ترین مزیت پیشنهاد شده توسط ابر در مفهوم اقتصاد مقیاس است و آن هنگامی است که هزاران کاربر، تسهیلات یکسان، هزینه یکسان برای هر کاربر و بهره برداری از سرور به اشتراک می گذارند. برای فعال سازی چنین تسهیلاتی، محاسبات ابری در برگیرنده تکنولوژی ها و مفاهیمی است مثل: مجازی سازی و محاسبات سودمند، پرداخت در ازای میزان استفاده، بدون سرمایه گذاری های کلان، انعطاف پذیری، مقیاس بندی، شرایط تقاضا و منابع بیرونی IT.
محاسبات ابری را ابر نیز می نامند چون یک سرور ابری دارای شکل بندی است که می تواند هر جایی در جهان قرار داشته باشد. ابر، تصویری است انتزاعی از شبکه‌ای عظیم؛ توده‌ای که حجم آن مشخص نیست، نمی‌دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده. ابعاد زمانی و مکانی یکایک اجزای آن نیز دانسته نیست، نمی‌دانیم سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزارها کجای این توده قرار دارند، اما آن‌چه را که عرضه می‌کند، می‌شناسیم. درست مثل برق! شما برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کارتان استفاده کنید لازم نیست یک ژنراتور یا کارخانه برق در خانه خود داشته باشید، بلکه به ازای هزینه مشخصی برق را اجاره می‌کنید. حالا اگر مصارف برقی شما بیشتر و متفاوت‌‌تر باشند مثلاً‌ می‌روید و از خدمات برق صنعتی استفاده می‌کنید. در محاسبات ابری هم شرکت‌ها و سازمان‌ها و افراد دیگر برای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکه پولی پرداخت نمی‌کنند، بلکه توان محاسباتی و سرویس‌های نرم‌افزاری مورد نیازشان را خریداری می‌کنند. این ایده در واقع صرفه‌جویی بزرگ و بهره‌وری زیادی در منابع IT را به همراه خواهد داشت. بدین ترتیب کافی است وسیله شما (پی‌سی، موبایل، تلویزیون، حتی یخچال!) یک رابط نرم‌افزاری (مرورگر) برای استفاده از سرویس‌های آنلاین و یک دسترسی به اینترنت داشته باشد،‌ خواهید دید که قادر هستید به راحتی از توان محاسباتی برای انجام کارهای دیجیتالی خود بهره بگیرید.
رشد و پیشرفت محاسبات ابری منجر به چندین تعریف پیشنهادی از خصوصیات آن می شود. برخی از این تعاریف توسط دانشمندان مشهور و سازمان ها ارائه شده است مثل:
الف) Buyya و همکارانش که محاسبات ابر را در مفهوم کاربری است برای کاربر نهایی بدین صورت تعریف می کنند: یک ابر سیستمی محاسباتی توزیع شده بازارگرا است که شامل جمع آوری کامپیوترهای مجازی و ارتباط داخلی هستند که از لحاظ دینامیکی به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی متحد بر اساس توافق های سطح سرویس بین مصرف کنندگان و فراهم کنندگان خدمات مذاکره می کنند[14].
ب) موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی محاسبات ابری را به صورت زیر تعریف می کند: محاسبه ابری، الگویی است برای اینکه شبکه های مبتنی بر تقاضا به منابع محاسباتی (مثل سرور، شبکه، ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و خدمات) طوری دستیابی پیدا کنند که شامل حداقل تلاش مدیریت یا تعامل فراهم کننده سرویس است. این الگوی ابر، قابلیت دستیابی را ارتقا می دهد و شامل پنج تا از ویژگی های ضروری، سه تا از الگوهای سرویس و چهار تا الگوی استقرار است.
ویژگی های ابری شامل انتخاب سرویس مبتنی بر تقاضا، دسترسی وسیع به شبکه، ائتلاف منابع، انعطاف پذیری سریع و سرویس اندازه گیری شده است. الگوهای خدمات در دسترس به صورت نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS)، سکو به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) تقسیم بندی می شوند. الگوی گسترش به ابرهای عمومی، خصوصی، اجتماعی و هیبرید تقسیم بندی می شود.
مشخصه اصلی محاسبات ابری
موسسه ملی استانداردها و فناوری، خصوصیات محاسبات ابری زیر را به صورت زیر تعریف می کند:
سرویس مبتنی بر تقاضا
مشتری می تواند به صورت یک طرفه امکانات و خدمات محاسباتی همچون سرور و فضای ذخیره سازی در شبکه را به هنگام نیاز از هر فراهم کننده ای به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان به دست آورده و از آنها استفاده کند. به عبارت دیگر، برای مدیریت زیرساخت ابر نیازمند استخدام مدیران شبکه یا Admin به صورت تمام وقت نیستیم. بیشتر سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.
انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[9].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or "<something>as a Service"
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول 2-1 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-1 : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته
Simple Storage Service سیستم ذخیره سازی دسته ای IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
SimpleDB پایگاه داده به عنوان سرویس IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
CloudFront تحویل محتوا IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
SQS سرویس صف و زمانبندی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
AppNexus AppNexus Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
گوگل Google Big Table سیستم توزیع شده برای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Google File Sys-- سیستم- فایل توزیع شده IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
اچ پی iLO مدیریت خاموشی سرور IaaS- سرویس منبع فیزیکی
Tycoon سیستم مدیریت منابع محاسباتی در کلاسترها IaaS- سرویس منبع مجازی
Joyent Accelerator سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Connector سرور مجازی از قبل تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
BingoDisk دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Bluelock Bluelock Virtual Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Bluelock Virtual Recovery بازیابی مصیبت و شکست IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Emulab Emulab Network Testbed بستر آزمایش شبکه IaaS- سرویس منبع فیزیکی
ENKI ENKI Virtual Private Data Centers منابع دیتا سنتر مجازی بنابر تقاضا IaaS- سرویس منبع مجازی
EU Resevoir Project Open Nebula موتور مجازی زیرساخت(متن باز) IaaS- سرویس منبع مجازی
FlexiScale FlexiScale Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
GoGrid Cloud Hosting سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Cloud Storage فضای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Nirvanix Nirvanix Storage Delivery Network دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
OpenFlow OpenFlow شبیه سازی شبکه IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
RackSpace Masso Cloud Sites سرور مجازی از پیش تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت
Masso Cloud Storage دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Masso Cloud Severs سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Skytap Skytap Virtual Lab محیط آزمایشگاه مجازی فناوری اطلاعات IaaS- سرویس زیر ساخت
Terremark Infinistructure سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
UCSB Eucalyptus نسخه متن باز EC2 آمازون IaaS- سرویس منبع مجازی
10gen Mongo DB پایگاه داده برای ذخیره سازی ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Babble Application Server سرور برنامه های تحت وب برای استقرار ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
سکو به عنوان سرویس
سکو به عنوان سرویس یاPaaS ، ماشینهای مجازی، سیستمهای عامل، برنامهها، سرویسها، چارچوبهای توسعه، تراکنشها و ساختارهای کنترلی را فراهم میآورد. مشتری میتواند برنامههای خود را بر روی زیر ساخت ابر قرار دهد و یا اینکه از برنامههایی استفاده کند که با استفاده از زبانها و ابزارها نوشته شدهاند و توسط سرویس دهندهیPaaS پشتیبانی می شوند. سرویسدهنده زیرساخت ابر، سیستمهای عامل و نرمافزارهای فعالسازی را فراهم میآورد. مشتری مسئول نصب و مدیریت برنامههایی که قرار داده است، میباشد.
در جدول 2-2 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه PaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
Akamai EdgePlatform تحویل برنامه کاربردی، محتوا و سایت PaaS
مایکروسافت Azure محیط توسعه و اجرا برای برنامه های کاربردی مایکروسافت PaaS
Live Mesh بستری برای به هنگام سازی، اشتراک و دسترسی به دامنه وسیعی از دستگاه هایی با سیستم عامل مایکروسافت PaaS
فیس بوک Facebook Platform بستر آزمایش شبکه PaaS
گوگل App Engine محیط اجرایی قابل گسترش برای برنامه های تحت وب نوشته شده در زبان پایتون PaaS
NetSuite SuiteFlex جعبه ابزاری برای سفارشی سازی برنامه های کاربردی کسب و کار آنلاین همین شرکت PaaS
Salesforce Force.com ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار PaaS
Sun Caroline بستر قابل گسترش افقی برای توسعه و استقرار سرویس های تحت وب PaaS
Zoho Zoho Creator جعبه ابزاری برای ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار و به شکل بنابر بر تقاضا PaaS
نرمافزار به عنوان سرویس
نرمافزار به عنوان سرویس یا SaaS یک محیط کاملاً عملیاتی برای مدیریت برنامهها و واسط کاربری است. در مدل SaaS برنامه از طریق یک برنامه واسط (معمولاً مرورگر) به مشتری سرویس میدهد و مسئولیت مشتری با ورود داده شروع و با مدیریت داده و تعاملات کاربری پایان مییابد. همه چیز مربوط به برنامه تا زیر ساخت در حوزهی مسئولیت فروشنده است.
در جدول 2-3 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه SaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
گوگل Google Docs بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Google Maps API رابط برنامه نویس سرویس نقشه گوگل به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا نقشه گوگل را در سایت های خود جاسازی کنند SaaS- سرویس ساده
OpenID Foundation OpenSocial یک رابط برنامه نویسی کاربردی مشترک برای برنامه های شبکه های اجتماعی SaaS-سرویس مرکب
OpenID یک سیستم توزیع شده که به کاربران این اجازه را می دهد تا تنها با یک شناسه دیجیتال بتوانند از سایتها مختلف استفاده نمایند. SaaS- سرویس ساده
مایکروسافت Office Live بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Salesforce Salesforce.com بسته نرم افزاری مدیریت روابط مشتریان SaaS
این سه مدل متفاوت سرویس به نام مدل SPI محاسبات ابری شناخته میشوند. گرچه تاکنون از مدلهای سرویس بسیاری نام برده شد، staas فضای ذخیرهسازی به عنوان سرویس؛ idaas هویت به عنوان سرویس؛ cmaas توافق به عنوان سرویس؛ و غیره، با این وجود سرویس های SPI تمامی باقی سرویسهای ممکن را نیز در بر میگیرد. IaaS دارای حداقل سطوح عاملیت مجتمع شده و پایین ترین سطوح مجتمع سازی میباشد و SaaS دارای بیشترینها است. یک PaaS یا سکو به عنوان سرویس خصوصیات مجتمع سازی، میانافزارها و سایر سرویسهای هماهنگساز را به مدل IaaS یا زیر ساخت به عنوان سرویس میافزاید. هنگامی که که یک فروشندهی محاسبات ابری، نرمافزاری را بر روی ابر عرضه میکند، با استفاده از برنامه و پرداخت فوری، یک عملیات SaaS انجام می گیرد. با SaaS مشتری برنامه را در صورت نیاز استفاده میکند و مسئول نصب، نگهداری و تعمیر برنامه نیست.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استاندارد ها و فناوری ها) مدل های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:

شکل 2-2 : الگوی استقرار ابر[29]
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده محاسبات ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد و بر اساس مدل محاسبات همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابر برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشنده ی سرویس های ابری می باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای محاسبات ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را به همراه می‌آورد.
ابر ترکیبی
یک ابر ترکیبی متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی، گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارت های پرداخت آسان تر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت محاسبات ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر (مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
مشخصات محاسبات ابری
مشخصات کلیدی توسط ابر در شکل 2-3 نشان داده شده است و در قسمت زیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است:

شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری[28]
مجازی شده : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) در ابرها تصور می شوند و این روش در سطوح مختلف مثل vm و سطوح بسته بدست می آید[9]. اصلی ترین آن در سطح ماشین مجازی است که در آن برنامه های کاربردی متفاوت در سیستم های عملکردی با همان ماشین فیزیکی اجرا می شوند. سطح سکو باعث نقشه برداری برنامه های کاربردی در یک یا چند منبع می شود که توسط فراهم آورندگان زیرساخت ابری پیشنهاد شده است.
سرویس گرا: ابر با استفاده از الگوی زیرساخت سرویس گرا به کار می رود که در آن همه اجزا در شبکه به عنوان یک سرویس در دسترس هستند، چه نرم افزار باشد، چه سکو یا هر زیرساختی که به عنوان سرویس پیشنهاد می کنند.
انعطاف پذیری : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) برای برنامه های کاربردی ابر موردنیاز هستند که می توانند به صورت پویا و مختلف مقرر می شوند. یعنی افزایش یا کاهش در زمان اجرا بستگی به نیازهای QOS کاربر دارد. فراهم کنندگان ابر اصلی مثل آمازون حتی سرویس هایی را برای توسعه عمودی و توسعه افقی در براساس نیازهای برنامه های کاربردی میزبان دارد.
پویا و توزیع شده: گرچه منابع ابر، مجازی شده اند، آنها اغلب در عملکردهای بالا یا سرویس های ابر قابل اطمینان توزیع می شوند. این منابع انعطاف پذیر و می توانند بر طبق نیازهای مشتری سازگاری یابند مثل: نرم افزار، پیکربندی شبکه و غیره[10].
اشتراک (اقتصاد مقیاسی): زیرساخت ابرها هر جایی است که منابع های متعدد از خود کاربر بر طبق نیازهای برنامه کاربردی خود استفاده می کنند، مشترک می شوند. این الگوی اشتراکی به عنوان الگوی اجاره چندگانه نیز می باشد. به طور کلی، کاربران نه دارای کنترل مستقیم بر منابع فیزیکی هستند و نه از تخصیص منابع و اینکه با چه کسانی مشترک شده اند، خبر دارند.
بازارگرا (پرداخت - در ازای - میزان استفاده): در محاسبات ابری، کاربران براساس پرداخت - در ازای - میزان استفاده برای سرویس ها پرداخت می کنند. الگوی قیمت گذاری می تواند با توجه به انتظار برنامه های کاربردی در کیفیت سرویس متفاوت باشد. فراهم آورندگان ابر IaaS مثل منابع قیمت ها در آمازون از الگوهایی بازاری مثل الگوهای قیمت گذاری کالاها یا زمان پرداخت آنها استفاده می کنند. یک الگوی قیمت گذاری توسط Thualsiram و Allenofor برای منابع مجهز پیشنهاد شده است که می تواند به عنوان اساسی برای منابع ابر استفاده شوند. این خصوصیت، بعد بهره برداری از محاسبات ابری را بیان می کند. یعنی، سرویس های ابری به عنوان سرویس های سنجیده شده هستند که در آن فراهم کنندگان دارای الگوی محاسباتی برای اندازه گیری کاربردها از سرویس ها هستند که به توسعه برنامه های قیمت گذاری متفاوت کمک می کند. الگوی محاسباتی به کنترل و بهینه سازی از منابع کمک می کند.[16]
خودمختار : برای فراهم کردن سرویس های قابل اطمینان در حد بالا، ابرها رفتاری مستقل را با مدیریت خودشان در دگردیسی عملکرد یا شکست نشان می دهند.
مزایای محاسبات ابری
 
کارمان را با بیان مزایای متعددی که توسط محاسبات ابری ارائه می شود آغاز می کنیم. وقتی شما به سمت استفاده از ابر می روید، به چیزهای زیر دست پیدا می کنید:
 
هزینه های کامپیوتری کمتر: شما برای اجرای برنامه های کاربردی مبتنی بر وب، نیازی به استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند و گران قیمت ندارید. از آن جائی که برنامه های کاربردی بر روی ابر اجرا می شوند، نه بر روی یک کامپیوتر رو میزی. کامپیوتر رومیزی شما نیازی به توان پردازشی زیاد یا فضای دیسک سخت که نرم افزارهای دسکتاپ محتاج آن هستند ندارد. وقتی شما یک برنامه کاربردی تحت وب را اجرا می کنید، کامپیوتر شما می تواند ارزان تر، با یک دیسک سخت کوچک تر، با حافظه کم تر و دارای پردازنده کارآمدتر باشد. در واقع، کامپیوتر شما در این سناریو حتی نیازی به یک درایو CD یا DVD هم ندارد زیرا هیچ نوع برنامه نرم افزاری بار نمی شود و هیچ سندی نیاز به ذخیره شدن بر روی کامپیوتر ندارد.
کارآیی توسعه یافته:  با وجود برنامه های کم تری که منابع کامپیوترشما، خصوصاً حافظه آن را به خود اختصاص می دهند، شما شاهد کارآیی بهتر کامپیوتر خود هستید. به عبارت دیگر کامپیوترهای یک سیستم محاسبات ابری، سریع تر بوت و راه اندازی می شوند زیرا آن ها دارای فرآیندها و برنامه های کم تری هستند که به حافظه بار می شود.
 
هزینه های نرم افزاری کم تر:  به جای خرید برنامه های نرم افزاری گران قیمت برای هر کامپیوتر، شما می توانید تمام نیازهای خود را به صورت رایگان برطرف کنید. بله درست است، اغلب برنامه های کامپیوتری محاسبات ابری که امروزه عرضه می شوند، نظیر Google Docs، کاملاً رایگان هستند. این، بسیار بهتر از پرداخت 200 دلار یا بیشتر برای خرید برنامه office مایکروسافت است که این موضوع به تنهایی می تواند یک دلیل قوی برای سوئیچ کردن به محاسبات ابری محسوب شود.
 
ارتقای نرم افزاری سریع و دائم:  یکی دیگر از مزایای مربوط به نرم افزار در  محاسبات ابری این است که شما دیگر نیازی به بروز کردن نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی، به دلیل هزینه زیاد ارتقای آن ها ندارید. وقتی برنامه های کاربردی، مبتنی بر وب باشند، ارتقاها به صورت اتوماتیک رخ می دهد و دفعه بعد که شما به ابر وارد شوید به نرم افزار اعمال می شوند. وقتی شما به یک برنامه کاربردی مبتنی بر وب دسترسی پیدا می کنید، بدون نیاز به پرداخت پول برای دانلود یا ارتقای نرم افزار، از آخرین نسخه آن بهره مند می شوید.
 
سازگاری بیشتر فرمت اسناد:  نیازی نیست که شما نگران مسئله سازگاری اسنادی که بر روی کامپیوتر خود ایجاد می کنید با سایر سیستم عامل ها یا سایر برنامه های کاربردی دیگران باشید. در دنیایی که اسناد 2007Word نمی تواند بر روی کامپیوتری که 2003Word را اجرا می کند باز شوند، تمام اسنادی که با استفاده از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب ایجاد می شوند می تواند توسط سایر کاربرانی که به آن برنامه کاربردی دسترسی دارند خوانده شوند. وقتی همه کاربران اسناد و برنامه های کاربردی خود را بر روی ابر به اشتراک می گذارند، هیچ نوع ناسازگاری بین فرمت ها به وجود نخواهد آمد.
 
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:  محاسبات ابری ظرفیت نامحدودی برای ذخیره سازی در اختیار شما قرار می دهد. دیسک سخت 200 گیگابایتی فعلی کامپیوتر رومیزی شما در مقایسه با صدها پتابایت (یک میلیون گیگابایت) که از طریق ابر در دسترس شما قرار می گیرد اصلا چیزی به حساب نمی آید. شما هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داشته باشید می توانید ذخیره کنید.
 
قابلیت اطمینان بیشتر به داده:  برخلاف محاسبات دسکتاپ، که در آن یک دیسک سخت می تواند تصادم کند و تمام داده های ارزشمند شما را از بین ببرد، کامپیوتری که بر روی ابر تصادم کند نمی تواند بر داده های شما تاثیر بگذارد. این همچنین بدان معنا است که اگر کامپیوترهای شخصی شما نیز تصادم کنند، تمام داده ها هنوز هم آن جا و برروی ابر وجود دارند و کماکان در دسترس شما هستند. در دنیایی که تنها تعداد اندکی از کاربران به طور مرتب و منظم از داده های مهم و حساس خود نسخه پشتیبان تهیه می کنند، محاسبات ابری حرف آخر در زمینه محافظت از داده ها به شمار می رود.
 
دسترسی جهانی به اسناد:  آیا تا به حال کارهای مهم خود را از محیط کار به منزل برده اید؟ و یا تاکنون به همراه بردن یک یا چند فایل مهم را فراموش کرده اید؟ این موضوع در محاسبات ابری رخ نمی دهد زیرا شما اسناد و فایل های مهم  خود را همراه خود حمل نمی کنید. در عوض، این اسناد و فایل ها بر روی ابر می مانند و شما می توانید از هرجایی که یک کامپیوتر و اتصال اینترنتی وجود داشته باشد به آن دسترسی پیدا کنید. شما در هر کجا که باشید به سرعت می توانید به اسناد خود دسترسی پیدا کنید و به همین دلیل، نیازی به همراه داشتن آن ها نخواهید داشت.
 
در اختیار داشتن آخرین و جدیدترین نسخه:  یکی دیگر از مزایای مرتبط با اسناد در محاسبات ابری این است که وقتی شما یک سند را در خانه ویرایش می کنید، این نسخه ویرایش شده همان چیزی است که وقتی در محل کار خود به آن دسترسی می یابید مشاهده می کنید. ابر همواره، آخرین نسخه از اسناد شما را میزبانی می کند و تا وقتی شما به اینترنت و ابر متصل باشید، هیچ گاه در معرض خطر استفاده از یک نسخه تاریخ گذشته نخواهید بود.
همکاری گروهی ساده تر:  به اشتراک گذاشتن اسناد، شما را مستقیماً به همکاری بر روی اسناد رهنمون می کند. برای بسیاری از کاربران، این یکی از مهم ترین مزایای استفاده از محاسبات ابری محسوب می شود زیرا چندین کاربر به طور همزمان می توانند برروی اسناد و پروژه ها کار کنند، به دلیل این که اسناد بر روی ابر میزبانی می شوند، نه بر روی کامپیوترهای منفرد، همه چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر با قابلیت دسترسی به اینترنت است.
 
مستقل از سخت افزار:  در نهایت، در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره می کنیم. شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید. کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند. حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند. دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرصه ظهور گذاشت، هم اکنون به دلیل توانایی اش در ارائه زیرساخت فن آوری پویا و بسیار منعطف، محیط های محاسباتی تضمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس های نرم افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ مبدل شده است. در گزارش گوگل Trends و همانطور که در شکل 2-4 مشاهده می کنید، محاسبات ابری که از تکنولوژی مجازی سازی بهره می برد، محاسبات گریدی را پشت سر گذاشته است.

شکل2-4 : تمایل به سمت محاسبات ابری[35]
پروژه های متعددی در حوزه صنعت و دانشگاه بر روی محاسبات ابری آغاز شده است وشرکت های بسیار بزرگی با این موضوع درگیر شده اند و این نشان از توجه عمومی به سمت این پدیده نوین است.
نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید. در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره می کنیم:
نیاز به اتصال دائمی به اینترنت دارد: در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود. از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید. نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است. وقتی شما آفلاین هستید، محاسبات ابری کار نمی کند.
با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند: به همان شکلی که در بالا اشاره شد، یک ارتباط اینترنتی کم سرعت نظیر نمونه ای که در سرویس های Dial-up دیده می شود، در بهترین حالت، استفاده از محاسبات ابری را با دردسرهای فوق العاده ای همراه می کند و اغلب اوقات، استفاده از آن را غیرممکن می سازد. برنامه های کاربردی تحت وب و همچنین اسنادی که بر روی ابر ذخیره شده اند برای دانلود شدن به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارند. اگر شما از یک اینترنت Dial-up استفاده می کنید، اعمال تغییر در یک سند یا رفتن از یک صفحه به صفحه دیگر همان سند ممکن است برای همیشه به طول بینجامد. و البته در مورد بار شدن یک سرویس غنی از امکانات حرفی نمی زنیم. به عبارت دیگر، محاسبات ابری برای افرادی که از اینترنت باند پهن استفاده نمی کنند، نیست.
می تواند کند باشد: حتی در یک ارتباط اینترنتی سریع نیز، برنامه های کاربردی تحت وب می توانند گاهی اوقات کندتر از دسترسی به همان برنامه نرم افزاری از طریق یک کامپیوتر رومیزی باشند. تمام جنبه های یک برنامه، از جمله اینترفیس و سند فعلی، باید بین کامپیوتر یا کامپیوترهای موجود بر روی ابر مبادله شود. اگر در آن لحظه، سرورهای ابر در معرض تهیه نسخه پشتیبان باشند یا اگر اینترنت یک روز کند را پشت سر بگذارد، شما نمی توانید به همان دسترسی سریعی که در یک برنامه دسک تاپ وجود دارد، برسید.
ویژگی ها ممکن است محدود باشند: این وضعیت در حال تغییر است اما بسیاری از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب به اندازه همتای دسک تاپ خود دارای ویژگی ها و امکانات غنی نیستند. به عنوان مثال، شما می توانید کارهای بسیار زیاد با برنامه PowerPoint انجام دهید که امکان انجام همه آن ها توسط برنامه ارائه Google Docs وجود ندارد. اصول این برنامه ها یکسان هستند، اما برنامه کاربردی که بر روی ابر قرار دارد فاقد بسیاری از امکانات پیشرفته PowerPoint است. اگر شما یک کاربر با تجربه و حرفه ای هستید، ممکن است نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید.
داده های ذخیره شده ممکن است از امنیت کافی برخوردار نباشند: با استفاده از محاسبات ابری، تمام داده های شما بر روی ابر ذخیره می شوند. این داده ها تا چه حد ایمن هستند؟ آیا کاربران غیرمجاز می توانند به داده های مهم و محرمانه شما دسترسی پیدا کنند؟ کمپانی محاسبات ابری اظهار می کند که داده ها امن هستند اما هنوز برای اطمینان کامل از این موضوع خیلی زود است. از نظر تئوری، داده های ذخیره شده بر روی ابر ایمن هستند و بین چندین ماشین توزیع شده اند. اما در صورتی که داده های شما مفقود شوند، شما هیچ نسخه پشتیبان فیزیکی یا محلی در اختیار نخواهید داشت (مگر این تمام اسناد ذخیره شده بر روی ابر را بر روی دسک تاپ خود دانلود کنید که معمولاً کاربران کمی چنین کاری می کنند). به سادگی بگویم، اتکا به ابر، شما را در معرض خطر قرار می دهد.
بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان از نگاه آماری
وب سایت cloudehypermarket.com تصویری را منتشر کرده است که اطلاعات آماری جالبی را در مورد محاسبات ابری و اوضاع فعلی آن در جهان به تصویر می‌کشد.
1562101485900
شکل 2-5 : بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان[36]
برخی از مهمترین نکات موجود در شکل عبارتند از: (آمار مربوط به اواخر سال ۲۰۱۰ می‌باشد).
۱- در بخش اول تصویر میزان سرمایه‌گذاری جهانی در حوزه‌ی آی‌تی بررسی شده است. در سال ۲۰۰۸ مجموعاً ۳۶۷ میلیارد پوند صرف هزینه‌های معمول فناوری اطلاعات و ۱۶ میلیارد پوند صرف هزینه‌های مربوط به سرویس‌های محاسبات ابری شده است. پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۲ مجموع سرمایه‌گذاری معمول در حوزه‌ی IT به رقم ۴۵۱ میلیارد پوند و سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری به ۴۲ میلیارد پوند برسد. با این محاسبات، رشد سالانه‌ی سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ به عدد ۲۵ درصد نزدیک است.
۲- مؤسسه‌ی تحقیقات بازار IDC پیش‌بینی می کند که در چند سال آینده، علاوه بر رشد سرمایه گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری، شرکت‌ها نیز حوزه‌های فعالیت خود را تغییر خوهند داد و خدمات خود را به سمت محاسبات ابری سوق خواهند داد. پیش‌بینی می‌شود خدمات محاسبات ابری شرکت‌ها در سال ۲۰۱۲ اینگونه ارائه شود:
اپلیکیشن‌های تجاری: ۵۲ درصد
نرم افزارهای زیرساختی: ۱۸ درصد
خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات: ۱۳ درصد
تولید و پیاده‌سازی نرم افزارها و اپلیکیشن‌ها: ۹ درصد
خدمات سرور: ۸ درصد
۳- آیا استفاده از محاسبات ابری فرآیند مدیریت فناوری اطلاعات را آسان تر کرده است؟
۷۰ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۴- آیا استفاده از محاسبات ابری، بهبودی در تجربه‌ی مصرف کننده‌ی نهایی ایجاد کرده است؟
۷۲ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۶ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۲ درصد مخالف این جمله هستند.
۵- آیا استفاده از محاسبات ابری، چالش‌های مربوط به کارایی فناوری اطلاعات را کاهش داده است؟
۶۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۷ درصد مخالف این جمله هستند.
۶- آیا استفاده از محاسبات ابری، هزینه‌های زیرساختی سازمان ها را کاهش داده است؟
۷۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۷ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۷- آیا استفاده از محاسبات ابری، فشارهای ناشی از تأمین منابع درون‌سازمانی بر روی سازمان را کاهش داده است؟
۷۴ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۸ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۸ درصد مخالف این جمله هستند.
۸- امروزه ۵۰ میلیون سرور فیزیکی در سراسر جهان وجود دارد. ۲درصد از این تعداد سرور در اختیار گوگل است (یعنی ۱ میلیون سرور).
۹- امروزه ۳۳ هزار و ۱۵۷ مؤسسه‌ی خدمات مرکز داده در جهان وجود دارد که ایالات متحده‌ی امریکا به تنهایی ۲۳ هزار و ۶۵۶ عدد از این مراکز داده را در خود جای داده است. کانادا، انگلستان، آلمان و هلند با اختلاف فاحشی نسبت به آمریکا در جایگاه‌های بعدی این آمار هستند.
۱۰- پیش بینی می‌شود در سال ۲۰۱۳ حداقل ۱۰ درصد از این سرورهای فیزیکی فروخته شده بر روی سرورهای مجازی (Virtual Machine) مستقر باشند به طوری که بر روی هر سرور فیزیکی ۱۰ ماشین مجازی مشغول به کار است. این به معنای شکل گیری سالانه ۸۰ تا ۱۰۰ میلیون سرور مجازی در سراسر دنیاست.
۱۱- در سال ۲۰۱۳ تقریبا ۶۰ درصد از بار کاری سرورها به صورت مجازی خوهد بود.
۱۲- مالکین دنیای محاسبات ابری در حال حاضر ۴ شرکت (بدون در نظر گرفتن رشد ناگهانی آمازون در ۴ ماهه‌ی ابتدایی سال ۲۰۱۱) گوگل، مایکروسافت، زوهو (Zoho) و رک‌اسپیس (RackSpace) با در اختیار داشتن بازاری با مجموع ارزش بیش از ۱۰۰ میلیارد پوند هستند.
۱۳- این ۱۰۰ میلیارد پوند، درآمد ناشی از خدماتی به شرح زیر است:
۵۶ درصد از مردم از سرویس‌های پست الکترونیکی همانند Gmail، Ymail و Hotmail استفاده می‌کنند.
۳۴ درصد از مردم از خدمات ذخیره‌سازی تصاویر در وب استفاده می‌کنند.
۲۹ درصد از مردم از اپلیکیشن‌های آنلاین مثل Google Docs و Photoshop Express استفاده می‌کنند.
۷ درصد از مردم از سرویس‌های ذخیره‌سازی ویدئو در وب استفاده می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای ذخیره‌سازی فایل های رایانه‌ای خود در وب پول پرداخت می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات هارد دیسک خود بر روی وب‌سایت‌های اینترنتی هزینه می‌کنند.
یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure از شرکت مایکروسافت
هزینه های مربوط به پردازش:
معادل یک کامپیوتر شخصی ۱۲۰۰ ریال / ساعت
معادل یک سرویس دهنده ۳۰۰۰ ریال / ساعت
معادل یک ابر رایانه ۱۰۰۰۰ ریال / ساعت
هزینه های مربوط به فضای ذخیره سازی:
هر گیگابایت اجاره نگهداری ماهانه ۱۵۰۰ ریال
هر ده هزار تراکنش ذخیره سازی ۱۰ ریال
هزینه دریافت هر گیگابایت داده از ابر:
بسته به کشوری که در آن قرار دارید، از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ریال
این سیستم عامل به نام Windows Azure درحال حاضر توسط شرکت مایکروسافت با قیمت هایی شبیه آنچه در بالا آمد، ارائه می گـردد. بـرای اجرای این سیستم عامل به رایانه ای با چند گیگابایت حافظه RAM و چندصد گیگابایت دیسک سخت نیاز نبوده و یک دستگاه نسبتاً قـدیـمی هم می تواند برای آن به کار رود.
بعد از اینکه با محاسبات ابری آشنا شدیم و آن را از نگاه آماری بررسی کردیم و به این نتیجه رسیدیم که محاسبات ابری می توانند نقش عمده ای در جهان امروزی داشته باشند به معرفی سیستم عامل های ابری که از پلتفرم های مربوط به محاسبات ابری هستند، می پردازیم. در ابتدا تعریفی از سیستم عامل.
تعریف سیستم عامل
سیستم عامل، نرم افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته، اجرای برنامه های کاربردی را کنترل نموده و به صورت رابط کاربر و سخت افزار عمل می نماید. سیستم عامل خدماتی به برنامه های کاربردی و کاربر ارائه می دهد. برنامه های کاربردی یا از طریق واسط های برنامه نویسی کاربردی و یا از طریق فراخوانی های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه های کاربردی می توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر یا سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می شود پیاده سازی می شود (استالینگ، 1381).
انواع سیستم عامل
سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها، سیستم عامل های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند. از قبیل XP98، Me و Vista که بیشتر محصول شرکت مایکروسافت می باشند.
سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزارهای سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود[13].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بی درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشد. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری به گونه ای که عملیات خاصی در زمانی که بایستی اجرا شوند، اجرا گردند و مهم تر از همه اینکه مدیریت منابع به گونه ای است که این عملیات خاص در هر بار وقوع، مقدار زمان یکسانی بگیرد[1].
سیستم های توزیعی
در منابع مختلف تعاریف مختلفی برای سیستم های توزیعی ارائه شده است. اما هیچ یک نه کامل است و نه با دیگری همخوانی دارد. در این تحقیق تعریفی از این نوع سیستم ها که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم به آن اشاره شده را بیان می کنیم:
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
از این تعریف می توان به این نتیجه رسید که اولاً یک سیستم توزیعی از کامپیوترهای خود مختار تشکیل شده است و ثانیاً کاربران تصور می کنند که با یک سیستم منفرد کار می کنند. پس با تعریفی که ذکر شد می توان یک سیستم توزیعی را اینگونه نیز تعریف کرد:
هر سیستمی که بر روی مجموعه ای از ماشین ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر می باشند ، یک سیستم توزیع شده است. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که در سیستم های توزیعی تفاوت بین کامپیوترهای مختلف و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر باید تا حدود زیادی از دید کاربران پنهان بماند. سیستم های توزیعی برای اینکه بتوانند از کامپیوترها و شبکه های ناهمگن پشتیبانی کنند و همگی سیستم ها را در غالب یک سیستم منفرد نمایش دهند، به عنوان یک لایه میانی به نام میان افزار بین یک لایه سطح بالایی شامل کاربران و برنامه های کاربردی و یک لایه پائینی شامل سیستم های عامل در نظر گرفته می شوند[12]. در شکل 2-6 لایه سیستم توزیعی یا به عبارتی میان افزاری را مشاهده می کنید که بین سیستم های عامل 1 تا 4 و چهار کامپیوتر شبکه که شامل سه برنامه کاربردی هستند قرار گرفته است. این لایه باعث می شود که تفاوت بین سخت افزار و سیستم های عامل از دید برنامه های کاربردی وکاربران مخفی بماند.

شکل 2-6 : سیستم توزیعی که به عنوان یک لایه میانی یا میان افزار بین برنامه های کاربردی و سیستم عامل ها قرار گرفته است[12].
و اما مواردی که باید در طراحی سیستم های توزیع شده در نظر گرفت و به نوعی اهداف سیستم های توزیع شده می باشند عبارتند از شفافیت، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، کارآیی خوب و قابلیت گسترش.
شفافیت
یکی از اهداف مهم سیستم های توزیع شده این است که فرآیندها و منابعی که بین ماشین های متعدد توزیع شده اند، باید از دید کاربران مخفی بماند[17]. به سیستم توزیعی که از دید کاربران و برنامه های کاربردی خود به صورت یک سیستم کامپیوتری منفرد جلوه می کند را اصطلاحاً شفاف می گویند.
شفافیت انواع مختلفی دارد و در مورد هر یک طبق تعریفی که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم آمده توضیح می دهیم، شفافیت دسترسی که در مورد مخفی سازی تفاوت های ارائه داده و نحوه دسترسی به منابع به وسیله کاربران می باشد. شفافیت مکان یعنی اینکه کاربران نتوانند محل استقرار فیزیکی منبع در سیستم را شناسایی کنند. شفافیت مهاجرت یعنی اینکه بتوان منابع آنها را بدون تاثیرگذاری بر نحوه دسترسی به آنها انتقال داد. شفافیت مکان یابی مجدد هنگامی است که بتوان منابع را در حین دسترسی به آنها و بدون کوچکترین اطلاعی به کاربر یا برنامه کاربردی مجددا مکان یابی کرد. شفافیت تکثیر به مخفی سازی وجود چندین نسخه تکثیری از یک منبع می پردازد. شفافیت هم روندی زمانی است که مثلا دو کاربر مستقل فایل های خود را روی یک خدمتگذار فایل واحد ذخیره کرده و یا به جداول واحدی در پایگاه داده مشترک دسترسی داشته باشند. در این موارد هیچ یک از کاربران نباید کوچکترین اطلاعی از واقعیت استفاده کاربر دیگر از آن منبع داشته باشد. شفافیت خرابی به این معناست که کاربر متوجه خرابی و عملکرد نادرست یک منبع نشده و سپس سیستم اقدام به ترمیم آن خرابی کند[2].
قابلیت اطمینان
در دسترس بودن یک فاکتور مهم مرتبط با این سیستم ها است. طراحی نباید به گونه ای باشد که نیاز به اجرای همزمان کامپوننت های اساسی باشد. افزونگی بیشتر داده ها باعث افزایش در دسترس بودن شده اما ناسازگاری را بیشتر می کند. قدرت تحمل خطا باعث پوشاندن خطاهای ایجاد شده توسط کاربر می شود.
کارآیی
بدون کارآیی مناسب کلیه موارد استفاده نرم افزار بی فایده می باشد. اندازه گیری کارایی در سیستم های توزیع شده کار آسانی نیست. برای رسیدن به کارایی باید توازنی خاص در تعداد پیغام ها و اندازه کامپوننت های توزیع شده بر قرار باشد.
مقیاس پذیری
امروزه اتصال جهانی از طریق اینترنت، مانند امکان ارسال یک کارت پستال برای هر کسی در هر گوشه ای از جهان تبدیل به امر عادی شده است. به همین دلیل، مقیاس پذیری یکی از مهمترین اهداف طراحی برای سازندگان سیستم های توزیعی محسوب می شود. مقیاس پذیری یک سیستم را می توان حداقل در سه بعد مختلف اندازه گیری کرد(نیومان، 1994). اولاً، یک سیستم می تواند با توجه به اندازه خود مقیاس پذیر باشد. به این معنا که بتوان به راحتی کاربران و منابع دیگری را به سیستم اضافه نمود. ثانیاً، یک سیستم مقیاس پذیر جغرافیایی سیستمی است که ممکن است کاربران و منابع آن در فاصله های دوری از هم قرار گرفته باشند. ثالثا، یک سیستم ممکن است از نظر مدیریت اجرایی مقیاس پذیر باشد، به این معنا که حتی اگر سازمان هایی با مدیریت اجرایی مستقل را به هم پیوند دهد. باز به راحتی قابل مدیریت باشد. متاسفانه، اغلب سیستم هایی که از یک یا چند مقیاس پذیر هستند، با افزایش مقیاس پذیری سیستم، تاحدودی با افت عملکرد مواجه می شوند.
سیستم عامل های توزیعی
محیط های کامپیوتری تحت شبکه( شبکه های کامپیوتری) امروزه بسیار رایج شده اند و این محیط ها شامل مجموعه ای از ایستگاه های کاری و سرویس دهنده ها می باشند. واضح است که مدیریت این منابع کار آسانی نخواهد بود. استفاده از مجموعه ای از کامپیوترها که از طریق شبکه به هم متصل شده اند مشکلات بسیاری را در بر دارد، از جمله مشکلات تقسیم منابع و یکپارچه سازی محیط( که این مشکلات در سیستم های متمرکز وجود ندارد). علاوه بر این برای افزایش میزان کارآیی، توزیع بایستی از دید کاربر پنهان بماند. راه حل مناسب این است که سیستم عاملی طراحی شود که توزیعی بودن سخت افزار را در تمامی سطوح در نظر داشته باشد. به این صورت که سیستم عامل مجموعه را به صورت یک سیستم متمرکز نشان دهد و در کنار آن از مزیت های سیستم توزیعی استفاده کند. در ساختار سیستم عامل های توزیعی از دو الگوی مبتنی بر پیام و مبتنی بر شیء استفاده می شود[11].
الگوی مبتنی بر پیام
در این الگو سیستم عامل یک هسته مبتنی بر پیام در هر گره قرار می دهد و برای برقراری ارتباطات داخل فرآیند از ارسال پیام استفاده می کند. هسته از هر دو نوع ارتباط محلی( ارتباط بین فرآیندهای داخل هر گره) و غیر محلی(ارتباط از راه دور) پشتیبانی می کند. در یک سیستم عامل سنتی همانند یونیکس دسترسی به سرویس های سیستمی از طریق فراخوانی متدها صورت می پذیرفت در حالی که در سیستم عامل های مبتنی بر پیام، درخواست ها از طریق ارسال پیام مطرح می شوند. با این قرار می توان نتیجه گرفت سیستم عامل های مبتنی بر پیام ساخت جذاب تر و بهتری دارند، زیرا سیاست های موجود در فرآیند های سرویس دهنده از مکانیزم پیاده سازی هسته جدا می باشد.
الگوی مبتنی بر شیء
در این الگو سیستم عامل سرویس ها و منابع را به موجودیت هایی به نام شیء کپسوله می کند. این اشیاء همانند نمونه هایی از داده های انتزاعی می باشند و از ماژول های منحصر به فردی تشکیل شده اند. همچنین این ماژول ها نیز متشکل از متدهای به خصوصی می باشند که اینترفیس(واسط) ماژول را توصیف می کنند. عملکرد در این الگو این چنین است که کاربران درخواست سرویس را از طریق احضار شیء مورد نظر مطرح می سازند. این مکانیزم بسیار شبیه به فراخوانی پروسه ها در سیستم های معمولی می باشد. قابل ذکر است که اشیاء عملیات را کپسوله می کنند.
رویکرد سیستم عامل های ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند. سیستم عامل ابری شامل سرویس دهنده های محاسباتی، سرویس دهنده های داده ای و ایستگاه های کاربر می باشد.
سرویس دهنده های محاسباتی: ماشینی است برای استفاده به عنوان موتور محاسباتی.
سرویس دهنده های داده ای: ماشینی است برای استفاده به عنوان مخرن داده های بلند مدت.
ایستگاه های کاربری: ماشینی است که محیطی برای توسعه دادن برنامه های کاربردی فراهم می کند و واسطی بین کاربر و سرویس دهنده های محاسباتی یا داده ای می باشد[3].
ساختار سیستم عامل های ابری بر پایه مدل شیء- نخ می باشد. این مدل از مدل برنامه نویسی معروف شیء گرا اقتباس شده است که نرم افزار سیستم را بر پایه مجموعه ای از اشیاء می سازد. هر شیء شامل تعدادی داده و عملیات بر روی آن داده ها می باشد. عملیات بر روی داده ها را متد می نامند و نوع شیء نیز با کلاس مشخص می گردد. هر کلاس می تواند صفر یا یک و یا چند نمونه داشته باشد ولی یک نمونه تنها از یک کلاس ناشی می شود. اشیاء به پیام ها پاسخ می دهند و ارسال پیام به یک شیء می تواند به داده های درون شیء دسترسی داشته باشد و آن ها را بروز رسانی کند و یا به اشیاء دیگر درون سیستم پیام ارسال کند. اشیاء ابر کپسولی از کد و داده می باشند که در یک فضای آدرس مجازی قرار دارند. هر شیء نمونه ای از یک کلاس است و هر کلاس ماژولی از برنامه. اشیاء ابرها به احضارها پاسخ می دهند و احضارها ( با استفاده از نخ ها) برای اجرای متد درون شیء ابر استفاده می گردند. ابرها از اشیاء برای تضمین انتزاع مخازن و از نخ ها برای اجرای متد درون شیء استفاده می نمایند. این موجب می شود که محاسبات و مخازن داده ای از یکدیگر تفکیک شوند. از دیگر ویژگی های مدل شیء- نخ می توان به این موارد اشاره کرد:
عملیات ورودی و خروجی
به اشتراک گذاری داده ها
ارتباط درون فرآیندها
ذخیره سازی بلند مدت داده ها در حافظه
الگوی سیستم عامل ابری
الگوی مورد استفاده در سیستم عامل های ابری همان الگوی شیء- نخ می باشد که در این بخش به توضیح اجزا و نحوه عملکرد این الگو می پردازیم.
شیء ابری
شیء ابری یک فضای آدرس مجازی پایدار می باشد. برخلاف فضاهای آدرس در سیستم های معمولی، محتویات اشیاء برای مدت طولانی باقی می مانند. به همین دلیل در هنگام خرابی سیستم از بین نمی روند، مگر اینکه عمدا از سیستم حذف شوند. همانطور که از تعریف برمی آید اشیاء ابری سنگین وزن هستند، به همین علت است که این اشیاء بهترین انتخاب برای مخازن داده ای و اجرای برنامه های بزرگ به حساب می آیند. داده های درون شیء فقط توسط خود شیء قابل دسترسی و بروزرسانی می باشند، زیرا محتویات یک فضای آدرس مجازی از بیرون از فضای مجازی قابل دست یابی نمی باشند.
یک شیء ابری شامل موارد زیر است:
کد مخصوص به خود ( متدهای اختصاصی )
داده های پایدار
حافظه ای زودگذر و سبک ( برای تخصیص حافظه موقت )
حافظه ای پایدار و دائمی ( برای تخصیص دادن حافظه ای که بخشی از ساختمان داده پایدار شیء می باشد )
داده با احضار متدها وارد شیء می شود و با پایان احضار از شیء خارج می گردد (شکل شماره 2-7 ). اشیاء ابری دارای یک نام در سطح سیستم می باشند که آن ها را از یکدیگر منحصر به فرد می سازد. این اشیاء درون سرویس دهنده های محاسباتی قابل استفاده می باشند که این کارآیی موجب می شود توزیعی بودن داده ها از دید کاربر مخفی باقی بماند.
4375151651000
شکل شماره 2-7 : ساختمان یک شیء ابری[5]
نخ
یک نخ عبارت است از مسیری اجرایی که وارد اشیاء شده و متدهای درون آن ها را اجرا می کند و محدود به یک فضای آدرس نمی شود. نخ ها توسط کاربران و یا برنامه های کاربردی ساخته می شوند. نخ ها با اجرای متدی از یک شیء می توانند به داده های درون شیء دسترسی یابند، آن ها را بروزرسانی کنند و یا اینکه متدهایی از شیء دیگر را احضار کنند. در این حالت، نخ به طور موقت شیء فعلی را رها می کند، از آن خارج شده و وارد شیء فراخوانی شده می گردد و متد مورد نظر آن را اجرا می کند، پس از پایان اجرای متد به شیء قبلی باز می گردد و نتیجه را برمی گرداند. نخ ها پس از پایان عملیات مورد نظر از بین می روند. علاوه بر این چند نخ می توانند به طور هم زمان وارد یک شیء شوند و به طور موازی به اجرا درآیند که در این صورت نخ ها محتویات فضای آدرس شیء را بین یکدیگر به اشتراک می گذارند. شکل شماره 2-8 نحوه اجرای نخ ها در اشیاء را نشان می دهد.

شکل شماره 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری[5]
تعامل میان شیء و نخ ( مدل شیء- نخ )
ساختار یک سیستم عامل ابری متشکل از اشیاء و نخ ها می باشد. مکانیزم ذخیره سازی داده ها در سیستم عامل های ابری با سایر سیستم عامل های معمول تفاوت دارد. در سیستم عامل های معمولی از فایل ها برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ولی در سیستم عامل های ابری اشیاء نقش مخازن داده را ایفا می کنند. برخی از سیستم ها برای برقراری ارتباط با داده های مشترک و هماهنگ سازی محاسبات از الگوی ارسال پیام استفاده می کنند. ابرها با قراردادن داده ها درون اشیاء آن ها را به اشتراک می گذارند. متدها در صورت نیاز به دسترسی داده ها شیء مورد نظر را که داده درون آن قرار دارد احضار می کنند. در یک سیستم مبتنی بر پیام، کاربر می بایست درجه هم زمانی را در هنگام نوشتن برنامه تعیین کند و برنامه را به تعدادی پروسه سیستمی بشکند. مدل شیء-نخ این احتیاجات را حذف می کند، به این صورت که در زمان اجرا درجه هم زمانی با ایجاد نخ های موازی مشخص می شود.
به طور خلاصه می توان گفت:
سیستم عامل ابری از فضاهای آدرس نام گذاری شده به نام شیء تشکیل شده است و این اشیاء قادرند:
مخازن داده پایدار فراهم کنند.
متدهایی برای دست یابی و دست کاری داده ها ایجاد نمایند.
داده ها را به اشتراک بگذارند.
هم زمانی را کنترل نمایند.
جریان کنترلی توسط نخ هایی که اشیاء را احضار می کنند انجام می شود.
جریان داده ای با ارسال پارامتر انجام می شود.
برنامه نویسی در مدل شیء- نخ در ابرها
مفاهیم مورد استفاده برنامه نویس در مدل شیء – نخ عبارتند از:
کلاس: ماژول های سیستم
نمونه: شیء ای از کلاس می باشد که می تواند توسط نخ ها احضار شود.
بنابراین برای نوشتن برنامه کاربردی در ابرها، برنامه نویس یک یا چند کلاس را تعریف می کند و داده ها و کدهای برنامه را درون این کلاس ها قرار می دهد. برنامه برای اجرا شدن نخی ایجاد می کند که متد اصلی شیء اجرا کننده برنامه را احضار می کند. اشیاء دارای نام هایی می باشند که برنامه نویس هنگام تعریف شیء برای آن ها مشخص کرده است و این نام ها بعدا به نام سیستمی شیء تبدیل می شوند.
معماری سیستم عامل ابری
دراین بخش معماری سیستم عامل های ابری را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل شماره 2-9 مدلی منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری را نمایش می دهد. یک پروسه ابری به مجموعه ای از اشیاء ابری اطلاق می شود که با هم یک برنامه کاربردی را تشکیل می دهند.

شکل شماره 2-9 : مدل منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری[6]
فضای هسته ابر به تعدادی از پروسه های ابری که عملیات کنترل دسترسی ها، تخصیص حافظه و محاسبات مقدار منابع لازم را انجام می دهند گفته می شود. مابقی پروسه ها که مربوط به فضای هسته ابر نیستند، فضای کاربر را تشکیل می دهند. پروسه های ابری فضای کاربر که مستقیما توسط خود کاربر اجرا می شوند برنامه های کاربران نامیده می شوند و کتابخانه های ابری، پروسه های ابری می باشند که توسط برنامه های کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. این برنامه ها از طریق مجموعه ای از واسط های استاندارد به نام فراخوانی های سیستمی ابر با کتابخانه ها و پروسه های هسته ارتباط برقرار می کنند. تمامی اشیاء موجود در فضای کاربر برای گرفتن دستورات از سیستم عامل از یک دستگیره فراخوانی استفاده می کنند، بدین معنی که برای مدیریت شدن از طریق یک واسط تحت شبکه قابل دسترسی می باشند که ارتباط میان اشیاء و آدرس آن ها در شبکه توسط پروسه های ابری «مدیریت پروژه» و «مدیریت ماشین مجازی» موجود در فضای هسته انجام می گیرند. اطلاعات نهایی نیز توسط پروسه ابری «کتابخانه نامگذاری» در دسترس قرار می گیرد. قابلیت دسترسی تمامی عملیات مدیریتی را پروسه ابری «اعتباردهی» مورد بررسی قرار می دهد و عملیات محاسبه میزان منابع مورد نیاز در هر لحظه نیز بر عهده پروسه ابری «اندازه گیری» می باشد. البته قابل ذکر است که مفروضات لحاظ شده در شکل شماره 2-4 تعداد اندکی از محدودیت های موجود در ابرها را در نظر گرفته است و کامل نمی باشد[6].
برخی سیستم عامل های ابری موجود(سیستم عامل های مبتنی بر وب)
سیستم عامل های وب روش بسیار مناسبی برای دستیابی به همه داده های شما در همه جای دنیا هستند (مشروط بر اینکه کامپیوتری با یک اتصال به اینترنت و یک مرورگر وب وجود داشته باشد). چنانچه تعدادی کامپیوتر داشته باشید، اما بخواهید همه اطلاعات را در یک جا نگهدارید و از برنامه های کاربردی مورد علاقه خود نیز استفاده کنید، این سیستم عامل ها بسیار سودمند هستند. اکنون در این مرحله ممکن است این سوال مطرح شود که چرا سیستم عامل وب؟. اساساً، یک سیستم عامل وب چیزی شبیه یک سیستم عامل روی اینترنت است. سیستم عامل وب، دسکتاپ مجازی شماست که به هیچ مکان فیزیکی متصل نیست و این امکان را به شما می دهد که در هر جایی از دنیا با کمک یک مرورگر به آن دستیابی داشته باشید. اجازه دهید تا از بین سیستم عامل های وبی که وجود دارد به بیان ویژگی های چند مورد از آنها بپردازیم.
سیستم عامل iCloud
سیستم عامل iCloud، مزایای بسیار زیادی دارد، علاوه بر اینکه هر برنامه ای که نیاز داریم در آن موجود است، 50 گیگابایت فضای ذخیره سازی آنلاین، به اشتراک گذاری آسان و ویژگی های افزایش برنامه های کاربردی را دارد. این سیستم عامل دارای ویژگی هایی مانند زیر است:
سیستم فایل آنلاین برای ذخیره سازی انواع فایل ها.

user8298

2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان12
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D16
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 مقدمه22
3-2 نحوه انجام آزمایشات22
3-2-1 مخزن23
3-2-2 پمپ23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان24
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز - دریچه24
3-3 آنالیز ابعادی25
3-4 شبیهسازی عددی27
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3D28
3-4-2 معادلات حاکم32
3-4-3 مدلهای آشفتگی33
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهای35
3 -4-3-2 مدلهای یک معادلهای35
3-4-3-3 مدلهای دو معادلهای36
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنش36
3-4-4 شبیهسازی عددی مدل37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل43
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه46
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب46
4-2-1 واسنجی نرمافزار46
4-2-1-1 ارزیابی نرمافزارپ48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز - دریچه بر هیدرولیک جریان54
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3 شبیهسازی آبشستگی پاییندست جریان59
4-3-1 واسنجی نرمافزار59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرمافزار61
فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه70
5-2 نتیجهگیری70
5-3 پیشنهادها71
منابع74

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 3- 1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریان25
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3D28
ادامه جدول 3-229
جدول 3- 3 محدوده دادههای به کار رفته جهت شبیهسازی آبشستگی38
جدول 3- 4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار40
جدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار41
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوب42
جدول 4- 1 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-1)51
جدول 4- 2 نتایج حاصل از مدلسازی سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی برای نسبت دبیها55
جدول 4- 3 تأثیر پارامتر عدد شیلدز بحرانی بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 4 تأثیر پارامتر ضریب دراگ بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 5 تأثیر زاویه ایستایی بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4-6 تأثیر پارامتر حداکثر ضریب تراکم مواد بستر بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4- 7 بهترین مقادیر برای پارامترهای مؤثر در شبیهسازی حفره آبشستگی61
جدول 4- 8 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-4)65
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
TOC h z t "fig,1,table,1" شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه5
HYPERLINK l "_Toc366000088" شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی8
HYPERLINK l "_Toc366000089" شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی12
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی12
شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)14
شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)14
شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی درحین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) 15
شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک23
شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک24
شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان25
شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب26
شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی30
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه30
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه30
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض31
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازه31
شکل 3- 10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک39
شکل 3- 11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ40
شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلب40
شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوب41
شکل 3- 14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان43
شکل 3- 15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی43
شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی46
شکل 4- 2 مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و دادههای آزمایشگاهی47
شکل 4- 3 مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با دادههای آزمایشگاهی49
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4-4 ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه49
شکل 4- 5 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs / Qg)51
شکل 4- 6 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی52
شکل 4- 7 مقایسه رابطه نسبت دبیها درسازه ترکیبی سرریز- دریچه با روابط تجربی برای تخمین دبی در سرریز و ریچه52
شکل 4- 8 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 9 توزیع فشار جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 10 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 11 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 12 شماتیکی از جریان عبوری از سازه ترکیبی دارای انقباض جانبی54
شکل 4-13 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی با انقباض جانبی55
شکل 4-14 مقایسه عمق جریان درعرض کانال دربلافاصله قبل از سازه برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه رکیبی56
شکل 4-15 مقایسه عمق جریان در طول کانال برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه ترکیبی56
شکل 4-16 توزیع مؤلفه طولی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-17 توزیع مؤلفه طولی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-18 توزیع مؤلفه عرضی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4-19 توزیع مؤلفه عرضی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4- 20 مقایسه دقت شبیهسازی حفره آبشستگی با استفاده از مدلهای مختلف آشفتگی59
شکل 4- 21 ارزیابی دقت نرمافزار برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی62
شکل 4- 22 ارزیابی دقت نرمافزار برای حداکثر عمق آبشستگی62
شکل 4- 23 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در بستر متحرک63
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4- 24 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب64
شکل 4- 25 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی65
شکل 4-26 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان در اطراف سازه ترکیبی66
شکل 4-27 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه (الف. بردارهای سرعت ب. خطوط جریان)66
شکل 4-28 توزیع تنش برشی در اطراف حفره آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه در ابتدای اجرای برنامه67
شکل 4- 29 مقایسه رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب و بستر صلب67
شکل 4-30 نمودار رابطه حداکثر عمق آبشستگی با نسبت دبیهای عبوری از رو و زیر سازه ترکیبی68

18849116456969
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
یکی از عمده‌ترین مشکلات سازه‌هایی از قبیل سرریزها، دریچه‌ها و حوضچه‌های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه‌بر تأثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. به دلیل پیچیدگی موضوع، اکثر محققین آن را به صورت آزمایشگاهی بررسی کردهاند که با وجود تمام دستآوردهای مهمی که تاکنون در زمینه آبشستگی موضعی حاصل گردیده است، هنوز هم شواهد زیادی از آبشستگی گسترده در پایاب دریچه‌ها، سرریزها، شیب‌شکن‌ها، کالورت‌ها و مجاورت پایه‌های پل دیده می‌شود که می‌تواند پایداری این سازهها را با خطرات جدی مواجه کند.
پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می‌افتد که تنش برشی جریان آب عبوری از آبراهه، از میزان بحرانی شروع حرکت ذرات بستر بیشتر شود. تحقیقات نشان داده است که عوامل بسیار زیادی بر آبشستگی در پایین‌دست سازه تأثیرگذار هستند که از جمله آنها می‌توان به اندازه و دانه‌بندی رسوبات، عمق پایاب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و ... اشاره کرد (کوتی و ین (1976)، بالاچاندار و همکاران (2000)، کلز و همکاران (2001)، لیم و یو (2002)، فروک و همکاران (2006)، دی و سارکار (2006) و ساراتی و همکاران (2008)).
دریچهها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانالهای باز مورد استفاده قرار میگیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوری از رو یا زیر سازهها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پاییندست سازهها وجود دارد که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.
به منظور افزایش بهره‌وری از سازههای پرکاربرد سرریزها و دریچهها، می‌توان آنها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.
1-2 تعاریف1-2-1 سرریزها
یکی از سازههای مهم هر سد را سرریزها تشکیل میدهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازهگیری دبی جریان در کانالها مورداستفاده قرار میگیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام میدهند، باید سازهای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهرهبرداری آمادگی داشته باشد.
معمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیمبندی میکنند. این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل و کانال تخلیه باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد به ترتیب با نام سرریزهای کنترلدار و یا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوند.
1-2-2 دریچهها
دریچهها سازههایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته میشوند. از دریچهها به منظور قطع و وصل و یا کنترل جریان در مجاری عبور آب استفاده میشود و از لحاظ ساختمان به گونهای میباشند که در حالت بازشدگی کامل عضو مسدود کننده کاملاً از مسیر جریان خارج میگردد.
دریچهها در سدهای انحرافی و شبکههای آبیاری و زهکشی کاربرد فراوان دارند. همچنین برای تخلیه آب مازاد کانالها، مخازن و پشت سدها به کار میروند (نواک و همکاران، 2004).
دریچهها به صورت زیر دستهبندی میشوند:
بر اساس محل قرارگیری: دریچههای سطحی و دریچههای تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار میگیرند.
بر اساس کاری که انجام میدهند: دریچههای اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده میشود.
بر اساس مصالح بدنه: دریچههای فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
بر اساس نوع بهرهبرداری: دریچههای تنظیم کننده دبی و دریچههای کنترلکننده سطح آب
بر اساس مکانیزم حرکت: دریچههای خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار میکند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل مینماید. دریچه برقی از دستگاههای برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با دست جابهجا میشوند.
بر اساس نوع حرکت: دریچههای چرخشی، غلطان، شناور و دریچههایی که در امتداد یا در جهت عمود بر جریان حرکت مینمایند.
بر اساس انتقال فشار آب: دریچهها ممکن است فشار را به طرفین یعنی به پایههای پل یا به تکیهگاهها منتقل نمایند و یا ممکن است نیروی فشار آب بر کف منتقل شود و یا ممکن است نیروی فشار آب به هر دو یعنی هم تکیهگاهها و هم بر کف منتقل شود.
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچهترکیب سرریز - دریچه یکی از انواع سازههای هیدرولیکی میباشد که در سالهای اخیر عمدتاً برای عبور سیال در مواردی که سیال حاوی سرباره و رسوب به صورت همزمان میباشد (مانند کانال عبور فاضلاب) بکار رفته است. سازه ترکیبی سرریز - دریچه با تقسیم دبی عبوری از بالا و پایین خود از انباشت سرباره و رسوب در پشت سازه جلوگیری میکند. از دیگر کاربردهای عملی این ترکیب، میتوان انواع سدهای تأخیری را نام برد. در سدهای تأخیری برای جلوگیری از انباشت رسوب در پشت سد که منجر به کاهش حجم مفید مخزن میگردد اقدام به تعبیه تخلیهکنندههای تحتانی میگردد. از طرف دیگر این نوع سدها به علت برآورد اهداف طراحی و عبور سیلابهای محتمل به صورت روگذر نیز عمل میکنند که از این دو جهت، مدل ترکیبی سرریز - دریچه ایده مناسبی برای تحلیل این نوع سدها میباشد. اگرچه این نوع سازه دارای کاربرد فراوانی در سازههای هیدرولیکی میباشد.
جهت به حداقل رساندن مشکلات در سرریزها و دریچه‌ها و همچنین جهت بالا بردن مزایای آنها می‌توان از سازه ترکیبی سرریز - دریچه استفاده کرد به طوری که در یک زمان، جریان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. این وسیله ترکیبی می‌تواند مشکلات ناشی از فرسایش و رسوبگذاری را مرتفع نماید (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین با این روش، رسوبات و مواد زائد در پشت سرریزها انباشته نمی‌‌‌شوند (ماخرک، 1985).
مشکلاتی را که در اثر وجود مواد رسوبی یا شناور در آب انتقالی برای آبیاری حاصل می‌شود، می‌توان با استفاده از سازه ترکیبی سرریز - دریچه به مقدار زیادی کاهش داده که امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر و ساده‌تر را به همراه دارد ( اسماعیلی و همکاران، 1385).
سیستم سرریز - دریچه امکان عبور جریان را از پایین و بالای یک مانع افقی در قسمت میانی مجرا به طور همزمان فراهم نموده، بدین صورت که مواد قابل رسوب را در پشت دریچه به صورت زیرگذر و مواد شناور را به صورت روگذر سرریز عبور میدهد (شکل 1- 1).
331470506095جریان عبوری از زیر دریچه
00جریان عبوری از زیر دریچه
267970163195جریان عبوری از روی سرریز
00جریان عبوری از روی سرریز
138620527622500143446560769500
شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچهاز اینرو تعیین شکل و حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی به منظور تثبیت وضعیت بستر میتواند مفید واقع شود.
1-2-4 آبشستگیآبشستگی یکی از موضوعات مهم و قابل توجه در مهندسی رودخانه و هیدرولیک جریان در بسترهای آبرفتی میباشد. چنانچه در یک بازه مورد بررسی، مقدار رسوب وارد شده کمتر از مقدار رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف رودخانه و یا بدنه آن رخ میدهد و کف رودخانه بتدریج عمیق میشود. از جمله اثرات منفی گود شدن بستر رودخانه، میتوان به شکست برشی و لغزش در بستر و نیز گرادیان هیدرولیکی خروجی اشاره کرد که در نهایت، افزایش فشار بالابرنده و ایجاد پدیده تراوش را در پی دارد.
به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پاییندست سازههای هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریانهای متلاطم موضعی، آبشستگی گویند. عمق ناشی از فرسایش بستر اولیه را عمق آبشستگی مینامند. (کتاب هیدرولیک کانالهای روباز، دکتر ابریشمی)
از آنجا که مکانیزم عمل آبشستگی در مکانهای مختلف متفاوت میباشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیمبندی میکنند:
نوع اول آبشستگی تنگشدگی میباشد. این نوع آبشستگی در دو حالت اتفاق می‌افتد:
الف) در جایی که رودخانه هنوز به حالت تعادل نرسیده و پتانسیل حمل رسوب در بازه‌ای از رودخانه بیش از میزان رسوب ورودی به این بازه باشد.
ب) در جایی که سرعت جریان به دلایلی مانند کاهش مقطع رودخانه در محل پل‌ها، افزایش پیدا می‌کند که در مقطع تنگ شده آبشستگی اتفاق می‌افتد.
در محل احداث پل، آبشکن و یا دیواره ساحلی معمولاً عرض رودخانه را کاهش می‌دهند. این عمل باعث می‌شود که سرعت جریان در این محدوده افزایش یابد. در نتیجه به ظرفیت حمل رسوب افزوده شده و سبب خواهد شد تا بستر رودخانه در این محل فرسایش یابد. عمل فرسایش آنقدر ادامه می‌یابد تا ظرفیت حمل رسوب کاهش یافته و برابر با ظرفیت حمل رسوب در مقطع بالادست گردد. در این حالت، نرخ فرسایش در این محل کمتر می‌شود. هر چند این فرسایش موجب می‌شود که تأثیر پسزدگی آب در بالادست کاهش یابد ولی به خاطر این مسئله نباید اجازه داده شود تا فرسایش صورت گیرد زیرا آبشستگی باعث خطرات جدی مثل واژگونی پل می‌گردد.
نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی است. این نوع آبشستگی در پاییندست سازههای هیدرولیکی، در محل پایههای پل و به طور کلی هر مکانی که شدت جریانهای درهم به طور موضعی افزایش یابد، بوجود میآیند.
آبشستگی موضعی پاییندست سازههای هیدرولیکی نظیر سدها، سرریزها، شوتها، سازههای پلکانی و ... پدیده طبیعی است که به‌دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت بحرانی بوجود میآید و دلایل آن را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
ناکافی بودن مقدار استهلاک انرژی
تشکیل پرش هیدرولیکی ناپایدار و یا انتقال پرش خارج از کف حوضچه آرامش
بوجود آمدن جریانهای گردابی در پاییندست سازههای هیدرولیکی
شکل (1- 2) چند نوع سازه هیدرولیکی و آبشستگی پاییندست آنها را نشان میدهد.

شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی (استاندارد آب و آبفا، 1389)


میزان عمق آبشستگی برای هر یک از سازهها بستگی به شرایط هیدرولیکی جریان و مشخصات رسوب و شرایط هندسی سازه دارد. تخمین میزان عمق آبشستگی از اینرو اهمیت دارد که ممکن است باعث تخریب سازه گردد.
به طور کلی آبشستگی در اثر اندرکنش نیروهای زیر حاصل میشود:
1- نیروی محرک ناشی از جریان که در راستای جدا کردن ذره از بستر عمل میکند.
2- نیروی مقاوم ناشی از اصطکاک ذرات و وزن ذره که در برابر حرکت ذره مقاومت کرده و مانع جدایی ذره از بستر میشود.
جریانها در محل وقوع آبشستگی، یک فرآیند دوفازی (آب و رسوب) است. بنابراین آبشستگی متأثر از متغیرهای بسیاری از قبیل پارامترهای جریان، مشخصات بستر آبرفتی، زمان و هندسه آبراهه میباشد. به همین دلیل، محققین هر یک به مطالعه بخشی از این وقایع پرداخته و آن را به صورت آزمایشگاهی و تجربی بررسی کردهاند.
1-3 ضرورت انجام تحقیقاز آنجایی که در سازه‌های ترکیبی سرریز - دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان، تغییرات در توزیع تنش‌های برشی کف و از این‌رو افزایش پیچیدگی محاسبات می‌شود، بنابراین شبیه‌سازی الگوی جریان، سطح آزاد آب و آبشستگی مورد توجه محققین قرار دارد و لذا در این تحقیق، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در بستر صلب، توانایی نرمافزار Flow3D در شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و آبشستگی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت‌.
1-4 اهداف تحقیقتحقیق انجام شده به منظور پاسخگویی به اهداف زیر صورت گرفته است:
1- بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه در بستر صلب و مدلسازی عددی آن با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن دو
2- مدلسازی عددی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج بدست آمده از بررسیهای آزمایشگاهی توسط محققین دیگر
3- ارزیابی دقت مدلهای تلاطمی نرمافزار Flow3D در شبیهسازیهای عددی الگوی جریان و آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی
4- محاسبه نسبت دبی عبوری از بالای سرریز به زیر دریچه با استفاده از مدل Flow3D
1- 5 ساختار کلی پایاننامهاین تحقیق در پنج فصل به شرح زیر تدوین شده است:
فصل اول- کلیات: که شامل مقدمهای بر سرریزها، دریچهها و مبانی ترکیب این دو سازه بوده و همچنین در رابطه با هیدرولیک جریان و آبشستگی در پای هر کدام از سازههای سرریز یا دریچه و یا سازه ترکیبی سرریز - دریچه کلیاتی ارائه گردیده است.
فصل دوم- بررسی منابع: در این فصل، پیشینه تحقیقها در زمینه هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه، آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی و همچنین مطالعات انجام شده توسط نرم‌‌افزار Flow3D بررسی خواهد شد.
فصل سوم- مواد و روشها: این فصل شامل معرفی مواد و روشهای تحقیق، آشنایی با نرمافزار Flow3D و مراحل مدلسازی است.
فصل چهارم- نتایج و بحث: در این فصل، نتایج ارائه شده شامل دو بخش است. بخش اول مربوط به نتایج آزمایشات انجام شده در بستر صلب مربوط به جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه و بخش دوم مربوط به نتایج شبیهسازی عددی الگوی جریان، پروفیل و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی است.
فصل پنجم- نتیجهگیری و پیشنهادها: این فصل دربرگیرنده نتایج بدست آمده از تحلیلها به همراه پیشنهادهایی برای تحقیقات بعدی است.
فصل دوم
مروری بر منابع
2-1 مرور منابع
در این فصل، بررسی منابع و سوابق تحقیق در دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و مطالعات عددی توسط نرمافزار Flow3D ارائه میشود که ابتدا مطالعات آزمایشگاهی در دو حالت بستر صلب و متحرک ارائه شده و سپس مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D نام برده میشود. چون در مورد جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌– دریچه، مدلسازی با نرمافزار Flow3D تاکنون انجام نگرفته است مطالعات عددی نرمافزار Flow3D در همه زمینهها اشاره شده است.
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان
از جمله مطالعات آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه، میتوان به مطالعات نجم و همکاران (1994) اشاره کرد. ایشان پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مؤثر بر روی جریان ترکیبی را مورد بررسی قرار داده و برای جریان سرریز مثلثی روی دریچه مستطیلی، سرریز و دریچه مستطیلی با ابعاد تنگشدگیهای مختلف به طور جداگانه معادلاتی استخراج کردند. همچنین حالتی را که تنگشدگی دریچه و سرریز یکسان یا متفاوت باشد نیز به طور جداگانه مورد بررسی قرار دادند. این محققین همچنین برای شرایط مختلف مانند استفاده از سرریز مثلثی با زاویههای مختلف و یا سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی (شکل 2-1) و بدون فشردگی جانبی (شکل 2-2) روابط جداگانهای به صورت رابطههای (2-1) تا (2-4) ارائه دادند.

شکل 2-‌1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی41052753175(2- 1)
00(2- 1)
Cd=Qc(b1d2gd+y+h-hd+232gb-0.2hh1.5)4274820140335(2- 2)
00(2- 2)
Qu=23Cu2g(b-0.2h)h1.54105275112395(2- 3)
00(2- 3)
Ql=Clb1d2g(d+y+h-hd)429387059690(2- 4)
00(2- 4)
Qc2gb(d1.5 )=Cl1+yd+hd+hdd+23Cu(hd)32شیواپور و پراکاش (2004)، به بررسی دبی جریان از روی سرریز مستطیلی و از زیر دریچه V شکل پرداختند. طبق نتایجی که ایشان گرفتند زمانی که از دریچه V شکل و کج استفاده میشود دبی کانالهای مستطیلی با بستر ثابت با دقت بالاتری قابل تخمین است.
اسماعیلی و فتحیمقدم (1385)، به بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان و تعیین ضریب دبی مدل سرریز‌- دریچه در کانالهای دایروی و جریانهای زیرگذر و روگذر با نصب مانع با عرضهای مختلف پرداختند.
سامانی و مظاهری (1386)، به بررسی تخمین رابطه دبی جریان عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در حالتهای مستغرق و نیمهمستغرق پرداختند. نتایج بررسی هیدرولیک جریان ایشان نشان میدهد که سیستم سرریز- دریچه، موجب اصلاح خطوط جریان شده، شرایط جریان را به حالت تئوریک نزدیکتر و در نتیجه، واسنجی ضریب شدت جریان سیستم سرریز - دریچه و تخمین دبی جریان با دقت بیشتری نسبت به سرریزهای معمولی انجام میشود.

شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)

رضویان و حیدرپور (1386)، با بررسی خطوط جریان ترکیبی از روی سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی و زیر دریچه مستطیلی بدون فشردگی جانبی در حالت لبهتیز، معادلهای برای ضریب شدت جریان پیشنهاد کردند.
تاکنون پژوهشهایی در زمینه آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه انجام شده است. اولین بار در سال 1987 یک سری آزمایش توسط آقای اویماز در آزمایشگاه سازههای هیدرولیکی استانبول بر روی آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز- دریچه صورت گرفته است. شکل (2-4) نمایی از مدل شبیهسازی جریان کار ایشان را نمایش میدهد.

شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)
ایشان برای 2 نوع دانهبندی و رسوب غیرچسبنده آزمایشات خود را اجرا نمودند. همچنین تمامی آزمایشات یک بار برای دریچه تنها و یک بار در حالت ترکیب دریچه و سرریز انجام دادند. پس از انجام آزمایشات، دادههای بدست آمده را تجزیه و تحلیل نموده تا به یک رابطه رگرسیونی خطی لگاریتمی بین پارامترهای عمق آبشستگی با قطر رسوبات و ارتفاع آب پاییندست برسند. نتایج تحقیق ایشان نشان می‌دهد که آبشستگی در پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که تنها جریان از زیر دریچه را داریم. همچنین عمق آبشستگی بستگی زیادی به مقدار دبی جریان دارد.
دهقانی و همکاران (2009) به بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق آبشستگی پاییندست سرریز تنها، دریچه تنها و سازه ترکیبی سرریز - دریچه بدون انقباض پرداختند. نکته جالبی که در کار آزمایشگاهی ایشان دیده شده است رفتار نوسانی روند فرسایش و رسوبگذاری به صورت پر و خالی شدن حفره آبشستگی است. حفره آبشستگی ابتدا عمیق میشود، سپس با وجود جریانهای برگشتی کمی رسوبات فرسایش یافته به درون حفره برمیگردد و حفره کمی پر میشود. سپس دوباره حفره توسط گردابههای زیر دریچه عمیق میشود و روند پر و خالی شدن ادامه مییابد (شکل 2- 5). البته این روند با گذشت زمان کندتر شده و شکل حفره در حوالی زمان تعادل تقریباً ثابت میشود (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین بررسیهای ایشان نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که جریان تنها از روی سرریز عبور میکند و این نتیجه با نتایج کار آقای اویماز (1985) تطابق دارد.

شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی در حین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) شهابی و همکاران (1389) به بررسی آزمایشگاهی مشخصات حفره آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی پرداختند. نتایج این بررسی آزمایشگاهی نشان داد که عمق آبشستگی پایین‌دست سازه ترکیبی سرریز - دریچه کمتر از عمق آبشستگی پاییندست سرریز میباشد. همچنین مشخصههای حفره آبشستگی، با افزایش عدد فرود (Fr)، افزایش مییابد و در ارتفاع ریزش ثابت برای جت عبوری از روی آن، با افزایش بازشدگی دریچه، حداکثر عمق آبشستگی کاهش مییابد. نتایج انجام آزمایشات در حالت وجود انقباض نشان می‌دهد که با ایجاد انقباض در دریچه یا سرریز به دلیل تمرکز بیشتر جت، حداکثر عمق آبشستگی، طول حفره آبشستگی و طول رسوبگذاری به ترتیب افزایش، افزایش و کاهش مییابد. همچنین نتایج آزمایش بر روی کفبند پاییندست سازه ترکیبی نشان داد که چنانچه طول کفبند از فاصله برخورد جت بالادست به کف کانال بیشتر در نظر گرفته شود، میتواند میزان آبشستگی را تا حد قابل توجهی کاهش دهد.
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3Dتوانایی شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و رسوب در اطراف سازه‌های هیدرولیکی مختلف را دارا می‌باشد. در ادامه برخی کارهای انجام شده با این نرمافزار بیان میشود:
موسته و اتما (2004)، تأثیر طول آبشکن بر منطقه چرخشی پشت آبشکن را با در نظر گرفتن تأثیر مقیاس با نرم‌افزار Flow3D مورد بررسی قرار دادند.
گونزالز و بومباردلی (2005)،‌ در یک شبیهسازی عددی با استفاده از Flow3D به بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی بر روی سطح صاف در دو حالت شبکهبندی ریز و شبکهبندی درشت به صورت دوبعدی و سهبعدی پرداختند.
صباغ یزدی و همکارانش (2007)، در یک مدل سهبعدی به ارزیابی مدلهای تلاطمی k-ε و RNGk-ε بر روی میزان ورود هوا در پرش هیدرولیکی با استفاده از روش حجم محدود پرداختند و اثر آن را بر روی دقت تخمین سرعت متوسط جریان با استفاده از مدل در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی موجود از پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار دادند. مقایسه نتایج نشان داد که نرمافزار قادر به پیش‌بینی توزیع عمقی سرعت در پرش هیدرولیکی است و همچنین در این آزمون مدل آشفتگی RNG در مقایسه با k-ɛ نتایج مناسبتری را ارائه کرده است.
امیراصلانی و همکارانش (1387)، به شبیه‌سازی سه‌بعدی آبشستگی در پایین‌دست یک جت‌ ریزشی آزاد با استفاده از مدل k-ε نرم‌افزار Flow3D جهت بررسی اثر زاویه اصطکاک داخلی رسوبات بر روی چاله آبشستگی پرداختند. نتایج این پژوهش نشان میدهد هر چقدر زاویه اصطکاک داخلی ذرات رسوب بیشتر باشد میتوان انتظار داشت حفره آبشستگی، ابعاد (طول، عرض و عمق) کوچکتری داشته باشد و ارتفاع برآمدگی رسوبات در پاییندست حفره بیشتر باشد. شیب دیوارهها تندتر بوده و مانعی برای خروج ذرات رسوب از حفره به حساب میآید.
شاهرخی (1387)، با استفاده از نرم‌افزارFlow3D‌ ، مدل عددی الگوی جریان اطراف یک آبشکن را تهیه و با اعمال مدل‌های مختلف آشفتگی، به تأثیر این مدل‌ها بر طول منطقه جداشدگی جریان در پشت یک آبشکن پرداخت‌‌. مهمترین نتیجه حاصل از این تحقیق، نشان میدهد که مدل آشفتگی LES بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی داشته و این مدل، پیشبینی بهتری از طول منطقه جداشدگی در پشت آبشکن ارائه میکند. سرانجام پیشنهاد شد مدل در دامنه وسیعتری از تغییرات پارامترهای جریان، طول و زاویه نصب آبشکن اجرا گردد.
شاملو و جعفری (1387)، به بررسی اثر وجود زبری کف بر روی تغییرات میدان سرعت و فشار جریان در اطراف پایه استوانه‌ای شکل در یک کانال مستطیلی توسط نرمافزارFlow3D و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε به صورت سهبعدی پرداختند. در این شبیهسازی مقاطعی در سه راستای X , Y , Z نزدیکی پایه با نتایج آزمایشگاهی احمد (1994) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که پروفیلهای سرعت در عمقهای مختلف و در راستای X , Y و میدان فشار در پاییندست پایه روند تغییرات قابل قبولی را با توجه به نتایج آزمایشگاه نشان میدهد. همچنین نتیجه شد نرمافزار با در نظر گرفتن زبری کف نتایج بهتری را ارائه میکنند.
باباعلی و همکاران (1387)، توسط نرمافزار Flow3D یک پارشال فلوم به طول یک فوت را که جریان درون آن شامل دو حالت آزاد و مستغرق بود، با استفاده از مدل آشفتگی LES مدل کردند. ایشان دادههای مدل خود را از جدول استاندارد WMM اقتباس کرده و نتایج محاسبه شده را با نتایج این جدول مقایسه نمودند. آنها نشان دادند که Flow3D میتواند به آسانی محاسبات پارشال فلوم را تحت هر دو جریان آزاد و مستغرق انجام دهد. نتایج محاسبه شده به خوبی با دبیهای منتشر شده مطابقت داشته و نیاز به زمان زیاد و استفاده از ابر رایانهها ندارد.
والش و همکاران (2009)، به شبیهسازی آبشستگی موضعی پایهها در جریان جزر و مدی پرداختند. نتایج نشان داد که نتایج مدلسازی عددی با اندازهگیریهای انجام شده تطابق خوبی داشته و همچنین نشان داد که مدل عددی Flow3D ابزاری مناسب در طراحی جریان در اطراف پایهها در شرایط مختلف جریان است.
شکری و همکاران (1389)، به بررسی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف پایه پل دایروی با نرمافزار Flow3D پرداختند. نتایج بررسی عددی با بررسی آزمایشگاهی انجام شده توسط آنگر و هگر (2006) مقایسه شد و با مقایسه نتایج شبیهسازی عددی و اندازهگیریهای آزمایشگاهی الگوی جریان و تغییر شکل بستر، نتیجه شد که مدل Flow3D نتایج قابل قبولی ارائه داده است.
حسینی و عبدی‌پور (1389)، با استفاده از نرم‌افزار Flow3D به مدل‌سازی عددی پروفیل سرعت در جریانهای گل‌آلود پیوسته پرداختند و تأثیر شیب، غلظت و دبی جریان بر آن را مورد مطالعه قرار دادند. برای صحتسنجی نرمافزار در تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریانهای گلآلود (پروفیل سرعت)، از یک نمونه آزمایشگاهی استفاده شد و نتایج حاصل از شبیهسازی با اندازهگیریهای آزمایشگاهی مربوطه مقایسه شد. برای مقایسه نتایج از آزمایشات انجام گرفته توسط حسینی و همکاران استفاده گردید. نتایج حاصل از مدل عددی پروفیل سرعت در بدنه با نتایج آزمایشگاهی تطابق نسبتاً خوبی داشت. نتایج مدل عددی مربوط به پروفیل سرعت با برخی از نتایج آزمایشگاهی مطابقت کمتری داشت که بخش عمدهای از خطاها مربوط به عدم امکان مدلسازی جریان در بخش پایینی در مشبندی به علت کمبود حافظه کامپیوتری و بخشی از خطاها نیز به نحوه مدلسازی جریان گلآلود بود.
برتور و بورنهم (2010)، به مدل‌سازی فرسایش رسوب در پاییندست سد با نرم‌افزار Flow3D پرداختند‌. در بررسی ایشان، برای محاسبه هر یک از ضرایب مشخصه رسوب در نرمافزار Flow3D، فرمولی ارائه و برای هر ضریب محدودهای تعیین شد.
کاهه و همکاران (2010)، مدل‌های آشفتگی k-εو RNG k-ε را جهت تخمین پروفیل‌های سرعت در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موج‌دار مورد بررسی و مقایسه قرار دادند. نتایج، توانایی مدل RNG k-ε در تخمین عمق ثانویه، طول پرش و توزیع سرعت را به خوبی نشان داد. ضریب تنش برشی برآورد شده توسط مدل عددی به نتایج بدست آمده از بررسی‌های آزمایشگاهی بسیار نزدیک بوده و به طور متوسط 8 برابر مقدار آن در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح صاف برآورد شد. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل آشفتگی RNG k-ε در مقایسه با مدل k-ε در مدلسازی پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موجدار از دقت بالایی برخوردار است.
آخریا و همکاران (2011)، به شبیهسازی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف انواع آبشکنها پرداختند. نتایج مدلسازی نشان داد که از بین مدلهای آشفتگی، مدلهای RNG k-ɛ و k-ɛ به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر بوده ولی مدل آشفتگی RNG k-ɛ بهترین نتایج را برای شبیه‌سازی میدان جریان اطراف آبشکن نشان داد.
الیاسی و همکاران (1390)، با بهرهگیری از نرمافزار Flow3D و با اعمال مدل آشفتگی RNG k-ɛ، الگوی جریان اطراف تک آبشکن مستغرق در کانال مستقیم شیبدار را بدون در نظر گرفتن سطح آزاد شبیهسازی نمودند و به مقایسه نتایج مدل عددی با دادههای آزمایشگاهی پرداختند. نتایج این شبیهسازی بدون در نظر گرفتن سطح آزاد، با دادههای آزمایشگاهی تطابق خوبی را نشان داد. مقایسه پروفیلهای سرعت در مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی بیانگر مطابقت این دادهها با هم میباشد.
عباسی چناری و همکاران (1390)، الگوی جریان اطراف آبشکنهای L شکل عمود بر ساحل را توسط نرمافزار Flow3D و با مدل آشفتگی k-ɛ شبیهسازی نمودند. در این بررسی، آبشکن L شکل نفوذناپذیر بوده که به صورت غیرمستغرق در 5 زاویه مختلف از قوس رودخانه قرار داده شده است. نتایج حاکی از آن است که تلاطم جریان، محدوده سرعتهای ماکزیمم و در نهایت بیشترین آبشستگی بستر، در دماغه آبشکن اتفاق میافتد. همچنین با افزایش دبی و عدد فرود جریان، محدوده سرعت ماکزیمم جریان در نزدیکی دماغه آبشکن افزایش مییابد و شکل آن در جهت جریان کشیده میشود. در نهایت نتیجه شد که مدل آشفتگی k-ɛ در شبیهسازی نواحی جریان برگشتی در پاییندست آبشکن و محل ایجاد گردابه و آشفتگی جریان در اطراف آبشکن، دقت خوبی دارد.
قنادان و همکاران (1391)، با نرمافزار Flow3D، به شبیهسازی عددی جریان از روی سرریز جانبی لبهپهن پرداخته و نتایج حاصل از این نرمافزار را با دادههای آزمایشگاهی مقایسه کردند. نتایج نشان داد که از میان مدلهای تلاطمی موجود در نرمافزار، مدل تلاطمی RNG k–ε از دقت بالاتری برای شبیهسازی جریان از سرریز جانبی برخوردار است. همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده، اثر تغییر ارتفاع و پهنای تاج سرریز بر دبی عبوری از سرریز مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس نتیجه شد که ارتفاع تاج سرریز جانبی لبهپهن بر مقدار دبی خروجی از سرریز نسبت به پهنای تاج مؤثرتر است.
فصل سوم
مواد و روش‌ها
3-1 مقدمه
در این بخش، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه در بستر صلب و شبیهسازی عددی هیدرولیک آن با نرمافزار Flow3D، توانایی مدل عددی Flow3D در شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی ارزیابی میشود. بنابراین در این بخش، علاوه بر بررسی نحوه انجام آزمایشات، به معرفی مدل Flow3D پرداخته و مراحل مدل‌سازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز و دریچه با نرمافزار Flow3D بیان میشود.
3-2 نحوه انجام آزمایشاتدر این بخش، به ارائه نحوه انجام آزمایشات هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه پرداخته میشود. در این تحقیق به منظور کالیبراسیون نرمافزار در حالت کف صلب، آزمایشاتی در کانال با طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر انجام شده و عمق جریان در طول کانال قرائت شد. همچنین جهت ارزیابی دقت نرمافزار در حالت کف متحرک از نتایج آزمایشگاهی شهابی(1389) در کانال با طول 12 متر، عرض و ارتفاع 60 سانتیمتر استفاده شده است.
کانال آزمایشگاهی مورد استفاده در کف صلب شامل قسمتهای زیر است (شکل 3-1):
1- مخزن
2- پمپ که شامل بخشهای تأمین برق، الکتروپمپ، شیر تنظیم دبی و مخزن تعیین دبی است.
3- مخزن آرام کننده جریان
4- کانال آزمایشگاهی
5- مدل سازه ترکیبی
شکل زیر نمای کلی مدل فیزیکی را نشان میدهد.

شکل 3-‌1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک
بخشهای اصلی کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، به صورت زیر تعریف میشوند:
3-2-1 مخزنبه منظور تأمین آب مورد نیاز جهت انجام آزمایش، از یک مخزن در قسمت پایین فلوم استفاده شده است. به هنگام آزمایش، آب به صورت رفت و برگشتی از مخزن به فلوم و بالعکس در جریان خواهد بود.
3-2-2 پمپجهت پمپاژ و جریان آب در فلوم، از پمپی با ظرفیت دبی 7 لیتر بر ثانیه استفاده شده است که با یک شیرفلکه معمولی، دبی پمپاژ تغییر داده میشود. به منظور قرائت دبی، از یک مخزن دبیسنج استفاده گردیده است.
3-2-3 کانال آزمایشگاهیکانال آزمایشگاهی دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر میباشد. جنس دیواره و کف کانال از پلکسی گلاس بوده تا امکان مشاهده جریان در کانال در حین آزمایش وجود داشته باشد.
3-2-4 مخزن آرامکننده جریاناین مخزن، آشفتگی جریانی که از پمپ سانتریفوژ وارد کانال خواهد شد را گرفته و جریان را به آرامی وارد کانال آزمایشگاهی میکند.

شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز- دریچهسازه ترکیبی سرریز- دریچه مورد استفاده در آزمایشات، در فاصله 2 متری از ابتدای کانال و با ضخامت 3 میلیمتر تعبیه شده که با ابعاد هندسی متفاوت ساخته شده است.

شکل 3-3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریانمشخصات آزمایشات انجام شده در کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، در جدول زیر شرح داده شده است:
جدول 3-1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریانپارامتر دفعات تغییر واحد محدوده تغییرات
دبی ورودی (Q) 7 Lit/s 64/2 – 39/1
بازشدگی دریچه (W) 5 Cm 5/1 – 5/0
ارتفاع سازه (T) 5 Cm 5/5 – 5/3
3-3 آنالیز ابعادیاولین گام در شبیهسازی و مدلسازی، شناخت متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی است. تعداد متغیرهای اثرگذار با توجه به پیچیدگی رفتار پدیده موردنظر، میتواند افزایش یابد.
با توجه به اینکه هر کمیت فیزیکی در قالب ابعاد بیان میشود، استفاده از روشی که بتواند با ترکیب متغیرهای اثرگذار، متغیرهای بیبعد را که مفهوم فیزیکی دارند ایجاد کند، میتواند در کاهش تعداد متغیرها بسیار مفید باشد.
آنالیز ابعادی روشی است که در آن با استفاده از مفهوم همگنی ابعاد، متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی مورد نظر در قالب متغیرهای بیبعد بیان میشوند. سپس بر اساس این متغیرها و انجام مطالعات آزمایشگاهی، رابطههای تجربی بدست میآورند.
برای انجام آنالیز ابعادی، روشهای مختلفی ازجمله روش فهرستنویسی، نظریه پیباکینگهام، روش گامبهگام و روش هانسیکر و رایت مایر وجود دارد.
در این تحقیق، روش پیباکینگهام که کاربرد وسیعتری دارد مورد بحث و استفاده قرار گرفت. این روش، یکی از روشهای معروف است که به طور وسیع در آنالیز ابعادی استفاده میشود.
در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه در حالت جریان آزاد، متغیرهای مؤثر عبارتند از:
1- دبی عبوری از روی سرریز، Qs
2- دبی عبوری از زیر دریچه، Qg
3- عمق بالادست سازه ترکیبی، H1
4- هد آب روی سرریز، Hd
5- طول سازه، T
6- بازشدگی دریچه، W
7- شتاب ثقل (g)، ρ و μ سیال
شکل (3-4) متغیرهای مؤثر در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه را در حالت جریان آزاد نشان می‌دهد.

شکل 3-4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب
با انجام آنالیز ابعادی به روش پیباکینگهام رابطه (3-1) بدست میآید. از آنجاییکه جریان آشفته است لذا از اثرات Re (رینولدز) صرف نظر شده و نهایتاً رابطه (3-2) بدست میآید.
430191950165(3- 1)
00(3- 1)
F(Qs , Qg , H1 , Hd , T , W , g , ρ , μ) = 0 → QsQg=f( Fr , Re , H1W , HdT )43584345080(3- 2)
00(3- 2)
QsQg=f( Fr , H1W , HdT )3-4 شبیهسازی عددیبه منظور مطالعه و تحلیل جریان در سازههای مختلف، مدلهای فیزیکی و ریاضی مختلف بکار گرفته میشود. با توجه به توسعه سیستمهای کامپیوتری و محاسباتی و همچنین وجود پیچیدگی‌های غیر قابل اندازه‌گیری در جریان عبوری از یک سازه ترکیبی سرریز - دریچه در مدل‌های آزمایشگاهی، استفاده از شبیهسازی عددی می‌تواند در بررسی هیدرولیکی چنین جریانهایی بسیار مؤثر و قابل توجه باشد.
در سالهای اخیر، بدلیل ابداع روشهای پیشرفته و دقیق حل عددی معادلات و بوجود آمدن رایانههای قوی برای انجام محاسبات، میتوان در طراحی این سازههای پیچیده از روشهای حل عددی نیز بهره گرفت. دینامیک سیالات محاسباتی، از روشهای محاسبه و شبیهسازی میدان جریان سیال میباشد که در قرن اخیر مورد توجه خاص مهندسین و طراحان قرار گرفته است.
استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی حاکی از مزایای زیر است:
1- کاهش در زمان و هزینه در طراحیها
2- توانایی مطالعه سیستمهایی که انجام آزمایشات کنترل شده روی آنها دشوار و یا غیر ممکن است مانند تأسیسات بزرگ
3- توانایی مطالعه سیستمها تحت شرایط تصادفی و بالاتر از حدود معمول آنها
از جمله نرمافزارهای موجود در زمینه CFD میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
CFX, Phonix, Telemac, FIDAP, Flow3D, Fluent
در این تحقیق، به ارزیابی مدل عددی Flow3D جهت شبیهسازی هیدرولیک جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه و همچنین آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی پرداخته می‌شود.
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3D یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد که تولید، توسعه و پشتیبانی آن توسط Flow Science, Inc است و یک مدل مناسب برای حل مسائل پیچیده دینامیک سیالات بوده و قادر است دامنه وسیعی از جریان سیالات را مدل کند. این مدل برای شبیهسازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیرماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. نرمافزار Flow3D، برای مسائل یک‌بعدی، دوبعدی و سهبعدی طراحی شده است. در حالت ماندگار، نتایج در زمان بسیار کمی حاصل میشود زیرا برنامه بر روی قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی پایهگذاری شده است تا این موارد برای مراحل مختلف جریان در هر زمینهای بکار برده شوند. این نرمافزار یک شبکه آسان از اجزاء مستطیلی را استفاده میکند.
نرمافزار Flow3D شامل مدلهای فیزیکی مختلف میباشد که عبارتند از: آبهای کمعمق، کاویتاسیون، آشفتگی، آبشستگی، کشش سطحی، پوشش متخلخل ذرات و ... . از این مدلها در زمینه‌های ریختهگری مواد، مهندسی فرآیند، طراحی تزریقهای مرکب، تولیدات مصرفی، هیدرولیک مهندسی محیط زیست، هوافضا، علوم دریایی، نفت، گاز و ... استفاده میشود.
در جدول (3-2)، ویژگیهای نرمافزار به اختصار نمایش داده شده است.
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3Dنام نرمافزار Flow3D
زمینه کاری یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد. این نرمافزار برای کمک به تحقیق در زمینه رفتار دینامیکی مایعات و گازها در موارد کاربردی وسیع طراحی شده است.
قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی
کاربردهای Flow3D در زمینه مهندسی آب پایههای پل- هوادهی در پرش هیدرولیکی- سرریز دایرهای- هوادهی در سرریزها- شکست سد- پارشال فلوم- آبشستگی- جریان بر روی یک پلکان- جریانهای با عمق کم- جریان در کانالهای کنترل پرش هیدرولیکی- موجهای کمارتفاع- دریچههای کشویی- جریان سرریز
سطح آزاد حد فاصل بین گاز و مایع همان سطح آزاد است. در Flow3D سطح آزاد با تکنیک حجم سیال مدل میشود. روش حجم سیال شامل سه جزء است: نمایش موقعیت سطح – شبکهبندی– شرایط مرزی سطح
تکنیک محاسبات Finite Difference - FiniteVolume
سیستمهای مختصات معادلات دیفرانسیلی که باید حل شود در قالب مختصات کارتزین (x,y,z) نوشته میشود. برای مختصات استوانهای (z,Ɵ,r) مختصات x به صورت شعاعی و مختصات y به صورت مختصات زاویهای
ادامه جدول 3- 2مدلهای آشفتگی در Flow3D پنج مدل آشفتگی ارائه شده است: طول اختلاط پرانتل، یک معادله، دو معادله k-ɛ، مدل‌های k-ɛ RNG و مدل شبیهسازی بزرگ
مدلسازی 1-General 2-Physics 3-Fluids 4- Meshing & Geometry
5-Boundaries 6-Initial 7-Output 8-Numerics
General زمان اتمام - تعداد سیالات – حالت جریان (که شامل حالت تراکمپذیر یا تراکمناپذیر است.)
Physics شامل بخشهایی نظیر ویسکوزیته که شامل حالتهای سیال ویسکوز و غیرویسکوز است، شتاب ثقل زمین، که در جهت قائم مختصات برابر 81/9- وارد میشود، کشش سطحی، حفرهزدایی، آبشستگی رسوب و ...
Fluids ویسکوزیته، جرم حجمی، تراکمپذیری، مشخصات گرمایی و آحاد
Meshing & Geometry برای مشخص کردن حدود مشبندی، بلوکهایی تعیین میشود که کلیه اندازه سازههای مورد نظر و فضای آزاد در داخل آن تعریف میشود. میتوان همه جزئیات سازه مورد نظر را در یک بلوک هم در نظر گرفت. سیستم مختصاتی میتواند از نوع کارتزین یا استوانهای باشد.
Boundaries در مختصات کارتزین برای تعریف شرایط مرزی،6 درجه مشخص داریم که با توجه به جهت مثبت x, y, z شامل Xmax ,Xmin, Ymax, Ymin, Zmax, Zmin میباشد.
Initial در این قسمت، با توجه به ویژگیهای مسئله شرایط اولیه اعمال میگردد.
Output در این بخش، ویژگیها و امکاناتی برای داشتن مشخصات خاصی از نتایج ارائه میشود.
Numerics در قسمت گزینههای ضمنی برای تنش ویسکوز، هدایت گرمایی و ... امکان انتخاب بین حل صریح یا ضمنی وجود دارد.
برخی از تواناییهای مدل Flow3D جهت شبیهسازی با نمایش شکل مدل عبارتند از:

شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازهاین نرمافزار معادلههای حاکم بر حرکت سیال را با استفاده از تقریب احجام محدود حل میکند. محیط جریان به شبکهای با سلولهای مستطیلی ثابت تقسیمبندی میشود که برای هر سلول مقدارهای میانگین کمیتهای وابسته وجود دارد یعنی همه متغیرها در مرکز سلول محاسبه میشوند بجز سرعت که در مرکز وجوه سلول حساب میشود.
در این نرمافزار از دو تکنیک عددی جهت شبیهسازی هندسی استفاده شده است:
1- روش حجم سیال (VOF): این روش برای نشان دادن رفتار سیال در سطح آزاد مورد استفاده قرار میگیرد. این روش بر مبنای تقریبهای سلول دهنده - پذیرنده است که اولین بار توسط Hirt و Nichols در سال 1981 بیان شد.
2- روش کسر مساحت – حجم مانع (FAVOR): از این روش جهت شبیهسازی سطوح و احجام صلب مثل مرزهای هندسی استفاده میشود. هندسه مسئله با محاسبه کسر مساحت وجوه و کسر حجم هر المان برای شبکه که توسط موانعی محصور شدهاند تعریف میشود. همان طور که کسر حجم سیال موجود در هر المان شبکه برای برقراری سطوح سیال مورد استفاده قرار میگرفت، کمیت کسر حجم دیگری برای تعیین سطوح صلب مورد استفاده قرار میگیرد.
فلسفه روش FAVOR بر این مبناست که الگوریتمهای عددی بر مبنای اطلاعاتی شامل فقط یک فشار، یک سرعت، یک دما و ... برای هر حجم کنترل است، که این با استفاده از مقدارهای زیادی از اطلاعات برای تعریف هندسه متناقض است. بنابراین روش FAVOR، المانهای ساده مستطیلی را حفظ میکند، در صورتی که میتواند اشکالی با هندسه پیچیده در حد سازگاری با مقادیر جریان میان‌گیری شده را برای هر المان نشان دهد.
3-4-2 معادلات حاکمدینامیک سیالات محاسباتی، روشی برای شبیهسازی جریان است که در آن معادلات استاندارد جریان از قبیل معادلات ناویر استوکس و معادله پیوستگی قابل حل برای تمام فضای محاسبات می‌باشد. فرم کلی معادله پیوستگی به صورت شکل زیر بیان می‌شود:
416382464733(3-3)
00(3-3)
که درآن VF ضریب حجم آزاد به سمت جریان و مقدار R در معادله فوق، ضریب مربوط به مختصات به صورت کارتزین و یا استوانه‌ای می‌باشد. اولین عبارت در سمت راست معادله پیوستگی مربوط به انتشار تلاطم بوده و به صورت زیر قابل تعریف می باشد:
424413450800(3-4)
00(3-4)
عبارت دوم در سمت راست معادله (3-3) بیانگر منشأ دانسیته است که برای مدلسازی تزریق توده مواد اهمیت دارد:
428985427305(3-5)
00(3-5)
همچنین فرم کلی معادلات حرکت (مومنتم) در حالت سه بعدی به صورت زیر می‌باشد:
4361180396875(3-6)
00(3-6)

که در معادلات فوق Gx , Gy , Gz مربوط به شتاب حجمی می‌باشند. پارامترهای fx ,fy ,fz شتابهای ناشی از جریان‌های لزج بوده و bx , by , bz نیز شامل روابط مربوط به افت در محیطهای متخلخل هستند.
3-4-3 مدلهای آشفتگیاکثر جریانهای موجود در طبیعت به صورت آشفته میباشند. در اعداد رینولدز پایین، جریان آرام بوده ولی در اعداد رینولدز بالا جریان آشفته میشود، به طوری که یک حالت تصادفی از حرکت در جایی که سرعت و فشار بطور پیوسته درون بخشهای مهمی از جریان نسبت به زمان تغییر میکند، گسترش مییابد. این جریانها بوسیله خصوصیاتی که در ادامه ارائه شدهاند شناسایی میگردند:
1- جریانهای آشفته به شدت غیر یکنواخت هستند. در این جریانها اگر تابع سرعت در برابر زمان ترسیم شود، بیشتر شبیه به یک تابع تصادفی خواهد بود.
2- این جریانها معمولاً سهبعدی هستند. پارامتر سرعت میانگین گاهی اوقات ممکن است تنها تابع دو بعد باشد، اما در هر لحظه ممکن است سهبعدی باشد.
3- در این نوع جریانها، گردابهای کوچک بسیار زیادی وجود دارند. شکل کشیده یا عدم تقارن گردابها، یکی از خصوصیات اصلی این جریانها است که این امر با افزایش شدت آشفتگی، افزایش مییابد.
4- آشفتگی، شدت جریانهای چرخشی در جریان را افزایش میدهد که این عمل میتواند باعث اختلاط شود. فرآیند چرخش در سیالاتی رخ میدهد که حداقل، میزان یکی از مشخصههای پایستار آنها متغیر باشد. در عمل، اختلاط بوسیله فرآیند پخش انجام میشود، به این نوع جریانها غالباً جریانهای پخششی نیز میگویند.
5- آشفتگی جریان باعث میشود جریانهایی با مقادیر متفاوت اندازه حرکت با یکدیگر برخورد کنند. گرادیانهای سرعت بر اثر ویسکوزیته سیال کاهش مییابند و این امر باعث کاهش انرژی جنبشی سیال میشود. به بیان دیگر میتوان گفت که اختلاط یک پدیده، مستهلک کننده انرژی است. انرژی تلف شده نیز طی فرآیندی یکطرفه به انرژی داخلی (حرارتی) سیال تبدیل میشود.
تمام مشخصاتی که به آنها اشاره شد برای بررسی یک جریان آشفته مهم هستند. تأثیراتی که توسط آشفتگی ایجاد میشود بسته به نوع کاربری ممکن است ظاهر نشود و به همین دلیل باید این جریانها را با توجه به نوع و کاربری آن مورد بررسی قرار داد. برای بررسی جریانهای آشفته، روش‌های مختلفی وجود دارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهد شد.
مدلهای آشفتگی، ویسکوزیته گردابهای (vt) و یا تنش رینولدز (-Uij) را تعیین میکند و فرضیات زیادی برای همه آنها حاکم است که عبارتند از:
معادلات ناویر استوکس میانگینگیری شده زمانی، میتواند بیانگر حرکت متوسط جریان آشفته باشد.
پخش آشفتگی متناسب با گرادیان ویژگیهای آشفتگی است.
گردابهها میتوانند ایزوتروپیک و یا غیر ایزوتروپیک باشند.
همه مقادیر انتقال آشفته توابع موضعی از جریان هستند.
در مدلهای آشفته باید همسازی وجود داشته باشد.
این مدلها میتوانند یک مقیاسی و یا چند مقیاسی باشند.
همه مدلها در نهایت به کالیبراسیون به صورت تجربی نیاز دارند.
بسیاری از مدلهای آشفتگی بر پایه فرضیه بوزینسک استوار هستند. مدلهای آشفتگی به پنج دسته تقسیم میشوند:
1- مدلهای صفرمعادلهای
2- مدلهای تکمعادلهای
3- مدلهای دومعادلهای
4- مدلهای جبری
5- مدلهای شبیهسازی گردابهای بزرگ
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهایدر این مدلها هیچگونه معادله دیفرانسیلی برای کمیتهای آشفتگی ارائه نمیشود. این مدلها نسبتاً ساده بوده و دادههای تجربی و آزمایشگاهی در آنها نقش اساسی دارد و تنشهای آشفتگی در هر جهت متناسب با گرادیان سرعت میباشد. نمونهای از این مدلها عبارتند از:
1- مدل لزجت گردابهای ثابت
2- مدل طول اختلاط پرانتل
3- مدل لایه برش آزاد پرانتل
3-4-3-2 مدلهای یک معادلهایاین مدلها بر خلاف مدلهای صفر معادلهای، از یک معادله برای انتقال کمیت آشفتگی استفاده میکنند. این معادله ارتباط بین مقیاس سرعت نوسانی و کمیت آشفتگی میباشد که جذر انرژی جنبشی آشفتگی به‌عنوان مقیاس سرعت در حرکت آشفته مد نظر میباشد و مقدار آن توسط معادله انتقال محاسبه میگردد.
3-4-3-3 مدلهای دومعادلهایمدلهای دو معادلهای سادهترین مدلها هستند که قادرند نتایج بهتری در جریانهایی که مدل طول اختلاط نمیتواند به صورت تجربی در یک روش ساده مورد استفاده قرار بگیرد، ارائه دهند. به طور مثال جریانهای چرخشی از این نمونهاند. تقسیمبندی این مدلها بر اساس محاسبه تنش رینولدز و یا ویسکوزیته گردابهای به صورت زیر است:
ویسکوزیته گردابهای
جبری
تنش رینولدز غیرخطی
این مدلها، دو معادله دیفرانسیلی را حل میکنند. به معادله k که از قبل بوده، معادله ɛ هم اضافه میشود. معادله انرژی جنبشی، k، بیانکننده مقیاس سرعت است، بدین صورت که اگر قرار باشد سرعتهای نوسانی مورد بررسی قرار بگیرند، میتوان جذر انرژی جنبشی حاصل از آشفتگی در واحد جرم را به عنوان مقیاس در نظر گرفت، معادله نرخ میرایی انرژی جنبشی، ɛ، نیز مقیاس طول است. در حقیقت مقیاس طول، اندازه گردابههای بزرگ دارای انرژی جنبشی را میدهد که باعث انتقال آشفتگی در توده سیال میشود.
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنشنرمافزار Flow3D مدل آشفتگی جدیدتری بر مبنای گروههای نرمال شده رینولدز پیادهسازی کرده است. این دیدگاه شامل روشهای آماری برای استحصال یک معادله متوسطگیری شده برای کمیت‌های آشفتگی است. مدلهای بر پایه RNG k-ɛ از معادلاتی استفاده میکند که شبیه معادلات مدل آشفتگی k-ɛ است اما مقادیر ثابت معادله که به صورت عملی در مدل استاندارد k-ɛ یافت شده‌اند، صریحاً از مدل RNG k-ɛ گرفته شدهاند. از این رو، مدل RNG k-ɛ قابلیت اجرایی گسترده‌تری نسبت به مدل استاندارد k-ɛ دارد. بویژه مدل RNG k-ɛ برای توصیف دقیقتر آشفتگی جریانهای با شدت کمتر و جریانهایی با مناطق دارای برش، قویتر شناخته شده است. در معادله RNG k-ɛ، فرمول تحلیلی برای محاسبه عدد پرانتل آشفته وجود دارد ولی در مدل k-ɛ، از یک مقدار ثابت که استفاده کننده مدل به آن معرفی میکند استفاده میگردد. در مدل RNG k-ɛ، تأثیر گرداب در آشفتگی لحاظ میگردد لذا دقت حل جریانهای چرخشی را بالا میبرد.
نرمافزار Flow3D از پنج مدل آشفتگی طول اختلاط پرانتل، مدل تک معادلهای، دومعادلهای k-ɛ، دومعادلهای RNG k-ɛ و روش گردابهای بزرگ (LES) بهره میبرد.
3-4-4 شبیهسازی عددی مدلدر این تحقیق، شبیهسازی عددی شامل دو قسمت میباشد:
1- قسمت اول مربوط به شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه است که آزمایشات بکار رفته جهت واسنجی مدل، در کانال با مقیاس کوچک انجام شده است. کانال با مقیاس کوچک دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر بوده که سازه ترکیبی مورد نظر با ضخامت 3 میلیمتر و در فاصله 2 متری از ابتدای کانال تعبیه شده است.
همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده با دادههای آزمایشگاهی مربوط به هیدرولیک جریان، مدلهایی مربوط به سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی مدل شده و تأثیر میزان انقباض سرریز- دریچه بر نسبت دبی عبوری از روی سرریز به دبی عبوری از زیر دریچه بررسی شد.
2- قسمت دوم مربوط به شبیهسازی حفره آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه است که برای شبیهسازی عددی آبشستگی، از آزمایشات انجام شده توسط شهابی و همکاران (1389) در کانال با مقیاس بزرگ استفاده شده است. کانال با مقیاس بزرگ دارای طول 12 متر، عرض و ارتفاع 6/0 متر است. کف کانال به ارتفاع 25 سانتیمتر از رسوبات یکنواخت با D50= 1.5 mm و ضریب یکنواختی 18/1 پوشانده شده است. دریچه و سرریز ترکیبی با ضخامت 6 میلیمتر و در فاصله 4/6 متری از ابتدای کانال نصب شده است.
پس از واسنجی نرمافزار، مدل برای شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف اجرا شد و با انتگرال‌گیری پروفیل سرعت بالای سرریز و زیر دریچه، نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (QsQg) محاسبه شد. مشخصات مدلسازیهای انجام شده برای آبشستگی در جدول (3- 3) ارائه داده شده است.
جدول 3-3 محدوده دادههای بهکار رفته جهت شبیهسازی آبشستگیبازشدگی دریچه (cm) ارتفاع سازه (cm) مقادیر دبی (lit/s)
2 ، 1 8 34/11 66/10 98/9 68/8 52/7
2 ، 1 10 1/15 86/13 6/12 33/11 78/9
2 ، 1 12 26/16 14/15 4/14 88/13 3/11
3 ، 4 10 11/20 87/18 52/17 27/16 1/15
مراحل اصلی شبیهسازی عددی در نرمافزار Flow3D عبارتند از:
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدلدر صورتی که هندسه مدل آزمایشگاهی به صورت منظم باشد میتوان شکل آن را در خود نرم‌افزار Flow3D ترسیم نمود اما در صورتی که مدل مورد نظر شکل نامنظم داشته باشد نرمافزار قادر خواهد بود فایلهای ایجاد شده در نرمافزارهایی نظیر اتوکد و همچنین فایلهای توپوگرافی به صورت X, Y, Z را مورد استفاده قرار دهد. در این تحقیق، مدلهای بکار رفته در خود نرمافزار ترسیم شده است.
3-4-4-2 شبکهبندی حل معادلات جریانیکی از مهمترین نکاتی که بایستی در شبیهسازی عددی مورد توجه قرار بگیرد، شبکهبندی مناسب برای حل دقیق معادلات حاکم است. ساختن شبکه مناسب برای میدان حل معادلات، دقت محاسبات، همگرایی و زمان محاسبات را تحت تأثیر قرار میدهد. در کلیه مدلهای عددی صورت گرفته، ابعاد شبکه طوری تعیین شد که پارامترهای کنترل شبکه از قبیل حداکثر نسبت ابعاد شبکه در راستای طولی و عمقی و ضریب نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف و در مجاورت یکدیگر مناسب انتخاب شده باشد. برای نتایج دقیق و مؤثر، مقدار هریک از دو پارامتر فوق باید به عدد 1 نزدیک بوده و مقدار نسبت ابعاد شبکه در مجاور یکدیگر از 25/1 و همچنین نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف از 3 نباید بیشتر باشد (فلوساینس، 2008).
در بخش شبیهسازی هیدرولیک جریان که در کانال با مقیاس کوچک صورت گرفت، مشبندی شبکه جریان، به صورت سهبعدی و ابعاد شبکه در هر سه بعد یکسان و برابر 5 میلیمتر در نظر گرفته شد. (در صورتی که مشبندی شبکه جریان، یکنواخت صورت گرفت نتایج حاصل از مدل به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر و دقت مدل عددی بیشتر میشد). برای این مدلسازی، زبری کف کانال و بدنه سازه برابر 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
مشبندی در مقطع عرضی مشبندی در مقطع طولی

شکل 3-10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک
در بخش شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی که در کانال با مقیاس بزرگ انجام شده است، جهت کاهش زمان تحلیل نرمافزار، شبکه جریان به صورت دوبعدی مشبندی شده و ابعاد شبکه در راستای Z به صورت یکنواخت و برابر 5 میلیمتر و در راستای X به صورت غیر یکنواخت و در نزدیکی سازه مورد نظر، تعداد مش بیشتر و اندازه آنها ریزتر در نظر گرفته شد به طوری که اندازه مش بین 6 تا 20 میلیمتر متغیر است. برای این مدلسازی، زبری کف کانال یکسان با قطر متوسط رسوبات و برابر با 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
1501775101346000
شکل 3-11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ
3-4-4-3 شرایط مرزی کاناللایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس کوچک بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلبجدول 3-4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
دبی ورودی جریان خروجی دیوار دیوار تقارن

لایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس بزرگ بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوبجدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
فشار ثابت جریان خروجی دیوار دیوار تقارن
برای انتخاب فشار ثابت برای ورودی کانال، ارتفاع سیال در قسمت فشار ثابت برابر عمق ابتدایی جریان در حالت آزمایشگاهی انتخاب شد.
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدلبرای مدلسازی هیدرولیک جریان در بستر صلب، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان، به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به‌دلیل آشفتگی جریان در آزمایشات، دو مدل آشفتگی k-ɛ و RNG k-ɛ در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
برای مدلسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به دلیل آشفتگی جریان، سه مدل آشفتگی k-ɛ ، RNG k-ɛ و LES در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
4- مشخصات رسوبی که در مدلسازیها جهت کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی تعریف شد در جدول زیر ارائه داده شده است:
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوبپارامتر مورد نظر مقدارهای انتخاب شده
ضریب دراگ 5/1 2/1 1 5/0
عدد شیلدز بحرانی 15/0 1/0 05/0 035/0
زاویه ایستایی 40 35 30
حداکثر ضریب تراکم مواد بستر 8/0 74/0 7/0 6/0 4/0 38/0
ضریب تعلیق مواد بستر 026/0 018/0 01/0
ضریب بار بستر 16 8
عوامل مؤثر در کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سازه، پارامترهای حداکثر ضریب تراکم مواد بستر، عدد شیلدز بحرانی، ضریب دراگ، زاویه ایستایی و همچنین نوع مدل آشفتگی بودند.
3-4-4-5 شرایط اولیه جریانقبل از وارد کردن جریان در مدلسازی عددی، حالت اولیه کانال را انتخاب میکنند که در این تحقیق، قبل از ورود جریان، کانال تا قبل از سازه و تا لبه تاج سرریز از سیال مورد‌نظر در نظر گرفته شد.
3-4-4-6 زمان اجرای مدلنکته دیگری که در شبیهسازیهای عددی بسیار مهم است، زمان اجرای مدل تا رسیدن به یک مقدار مناسب از لحاظ پایداری و ماندگاری جریان است. بنابراین در کلیه آزمایشات شبیهسازی شده، زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان بین 30-15 ثانیه و برای شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی بین 5000 - 4000 ثانیه در نظر گرفته شد، که با سپری شدن این مدت زمان، جریان در کانال به صورت یکنواخت میشود.

شکل 3-14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان
شکل 3-15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی-420069-631311
فصل چهارم
نتایج و بحث
4-1 مقدمه
در این بخش، به مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه با دادههای آزمایشگاهی مربوط به آن پرداخته شده و توانایی نرمافزار Flow3D در شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ارزیابی میشود.
این فصل شامل دو بخش هیدرولیک جریان و آبشستگی میباشد که در هر بخش، ابتدا نتایج کالیبراسیون نرمافزار با دادههای آزمایشگاهی ارائه میشود و سپس نرمافزار برای شرایط هندسی و هیدرولیکی دیگر مورد ارزیابی و آزمون قرار می‌گیرد.
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب4-2-1 واسنجی نرمافزاردر مرحله اول شبیهسازی، واسنجی نرمافزار با استفاده از دادههای آزمایشگاهی انجام میشود. جهت واسنجی نرمافزار در شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی، از شبکه‌بندیهای مختلف و مدلهای مختلف آشفتگی استفاده شد. طی شبیهسازیهای انجام شده، نتیجه شد که هر چه شبکهبندی میدان حل یکنواختتر باشد، نتایج شبیهسازی عددی پروفیل سطح آب به دادههای آزمایشگاهی آن نزدیکتر است (شکل 4-1). به همین دلیل، شبکهبندی جریان جهت مدلسازی هیدرولیک جریان به صورت یکنواخت انجام شد. همچنین هر چه اندازه سلولهای شبکهبندی میدان حل ریزتر در نظر گرفته شد، تطابق نتایج نرمافزار با نتایج آزمایشگاهی بهتر شد. علاوه بر این، چون در آزمایشات انجام شده، بازشدگی دریچه مقدار کمی داشته و بایستی سلولی در شبکهبندی میدان جریان در راستای عمقی (Z) بازشدگی وجود داشته باشد، بنابراین شبکهبندی جریان با ابعاد ریز و برابر با 5×5×5 میلیمتر و تعداد کل مش برای هر مدلسازی تقریباً 162000 سلول در نظر گرفته شد. زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان، بین 30 – 15 ثانیه انتخاب شد.

شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی
(بازشدگی 75/0 سانتیمتر و دبی 23/2 لیتر بر ثانیه)
همچنین به منظور انتخاب بهترین مدل تلاطمی (به عنوان واسنجی نرمافزار)، به مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از دو مدل آشفتگی RNG k-ε و k-ε پرداخته شد.
247015031940500
247015027813000
246507028765500

user8253

2-13 انواع سیستم عامل 31
2-13-1 سیستم عامل تک پردازنده 31
2-13-2 سیستم عامل شبکه ای 31
2-13-3 سیستم عامل توزیع شده 31
2-13-4 سیستم عامل بی درنگ 32
2-14 سیستم های توزیعی 32
2-14-1 شفافیت 33
2-14-2 قابلیت اطمینان 34
2-14-3 کارایی 34
2-14-4 مقیاس پذیری 35
2-15 سیستم عامل های توزیعی 35
2-15-1 الگوی مبتنی برپیام 36
2-15-2 الگوی مبتنی بر شیء 36
2-16 رویکرد سیستم عامل های ابری 36
2-17 الگوی سیستم عامل ابری 37
2-17-1 شیء ابری 37
2-17-2 نخ 39
2-17-3 تعامل میان شیء و نخ 39
2-18 برنامه نویسی در مدل شیء – نخ در ابرها 40
2-19 معماری سیستم عامل ابری 41
2-20 برخی سیستم عامل های ابری موجود 42
2-20-1 سیستم عامل iCloud 43
2-20-2 سیستم عامل GlideOS 44
2-20-3 سیستم عامل G.ho.st 45
2-20-4 سیستم عامل JoliCloud 46
2-20-5 سیستم عامل eyeOS 47
2-20-6 گوگل کروم، سیستم عامل اینترنت 47
2-21 مزایا و معایب سیستم عامل های ابری مبتنی بر وب 51
2-22 مطالعه مروری بر سایر پژوهش های مرتبط مهم 51
فصل سوم: روش تحقیق 54
3-1 چالش های رایج در زمینه سیستم عامل های ابری 55
3-1-1 مقیاس پذیری 55
3-1-1-1 تغییر مقیاس افقی و عمودی 56
3-1-1-2 مقیاس پذیری پایگاه داده ها 57
3-1-1-3 طراحی برای مقیاس پذیری 58
3-1-1-4 مقیاس پذیری در محاسبات ابری 59
3-1-1-5 تغییر مقیاس قوی و ضعیف 59
3-1-2 کشش تقاضا 60
3-1-3 خطاها 60
3-1-4 گره خوردن کاربران به یک سرویس دهنده خاص 61
3-1-5 وابستگی شدید بین مولفه ها 61
3-1-6 فقدان پشتیبانی چند مستاجری 62
3-1-7 فقدان پشتیبانی از SLA 62
3-1-7-1 تعریف توصیف SLA 62
3-1-7-2 فقدان SLA در ابرهای موجود 64
3-1-8 فقدان انعطاف پذیری لازم در واسط کاربری 64
3-2 ارائه راهکارها 64
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق 68
4-1 پیاده سازی و شبیه سازی 69
4-2 شرایط محیط شبیه سازی 71
4-3 مقیاس پذیری با اندازه شبکه 72
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 74
5-1 خلاصه و نتیجه گیری 75
5-2 مزایای تحقیق انجام شده 75
5-3 معایب تحقیق انجام شده 75
5-4 کارهای آتی 76
منابع و مآخذ 77
منابع فارسی 78
منابع غیرفارسی 79
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : سرویس دهندگان زیرساخت به عنوان سرویس 13
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس 15
جدول 2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس 16
جدول 4-1 : شرایط محیط شبیه سازی 72
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : تصویری از محاسبات ابری 8
شکل2-2 : الگوی استقرار ابر 17
شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری 19
شکل 2- 4: تمایل به سمت محاسبات ابری 24
شکل 2-5: بررسی وضعیت محاسبات ابری جهان 26
شکل 2-6: سیستم توزیع شده به عنوان میان افزار 33
شکل 2-7 : ساختمان یک شی ابری 38
شکل 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری 39
شکل 2-9 : مدل منطقی از یک معماری سیستم عامل ابری 41
شکل 2-10 : سیستم عامل iCloud 43
شکل 2-11: تصویری از سیستم عامل GlideOS 44
شکل 2-12 : تصویری از سیستم عامل G.ho.st 45
شکل 2-13 : تصویری از سیستم عامل JoliCloud 46
شکل 2-14 : تصویری از سیستم عامل eyeOS 47
شکل 3-1 : بروز رسانی موقعیت گره در روش RNP 66
شکل 3-2 : درخواست موقعیت و ارسال بسته در روش RNP 66
شکل 3-3: شبه کد به روز رسانی موقعیت گره 67
شکل 3-4: شبه کد درخواست موقعیت 67
شکل 4-1: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد پردازنده 69
شکل 4-2: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد ماشین مجازی 70
شکل 4-3: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد پردازنده 70
شکل 4-4: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد ماشین مجازی 71
شکل 4-5: نرخ موفقیت درخواست با افزایش تعداد گره ها 72
شکل 4-6: افزایش درصد بسته های تحویل داده شده با افزایش گره ها 73
شکل 4-7: کاهش سربار داده با افزایش تعداد گره ها 73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
مقدمه
در دهه های آینده ما شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها خواهیم بود. ابرها که از پردازنده های چند هسته ای تشکیل شده اند منابع محاسباتی بی نظیری فراهم می سازند. باید توجه داشت که با افزایش وسعت دامنه های اطلاعاتی و محاسباتی نیاز به منابع این چنینی بیش از پیش احساس خواهد شد و با افزایش حجم منابع نیاز به مدیریتی کارا و شفاف الزام پیدا می کند. در اینجا ممکن است این سوال مطرح شود که: ابرها چه امکاناتی برای کاربران فراهم می آورند؟ ابرها در انجام محاسبات عظیم نقش مهمی را ایفا می کنند و به کاربران این امکان را می دهند که برنامه های خود را بر روی بستری قابل اطمینان و بسیار کارآمد که از اجزای صنعتی استاندارد تشکیل شده است اجرا کنند. همچنین ابرها مدل محاسباتی بسیار ساده ای را فراهم می آورند به این صورت که کاربران تنها خروجی مورد نظر را با کمترین هزینه برای کاربر تامین می نمایند. ابرها در کنار اینکه فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. برای مثال از این چالش ها می توان به نحوه هماهنگ ساختن میزان منابع با درخواست ها و یا وسعت زیاد منابع تحت مدیریت سیستم عامل اشاره نمود. در این تحقیق با چالش های موجود در این زمینه بیشتر آشنا می شویم و پیرامون هر کدام به تفضیل صحبت خواهیم کرد.
سوالات اصلی تحقیق
سیستم عامل های ابری که نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند، می توانند مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه ساخته و یک سیستم متمرکز را تولید کنند. با توجه به اینکه ابرها فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. به همین منظور سوالات زیر مطرح می شود:
چالش های موجود در سیستم عامل های ابری کدامند؟
آیا تا به حال این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته اند؟
این چالش ها تا چه اندازه اهمیت دارند؟
آیا راهکاری برای این چالش ها در نظر گرفته شده است؟
هدف از اجراء
در دهه های اخیر شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها بوده ایم و این تکنولوژی همچنان با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت است. دلیل این امر افزایش منابع اطلاعاتی و محاسباتی است که این نیاز را به وجود آورده است که با ساخت چنین تکنولوژی هایی به ویژه پردازنده های چند هسته ای، مدیریتی کارا و شفاف بر این اطلاعات حجیم و محاسبات عظیم صورت گیرد. مدیریت اطلاعات و محاسبات این چنینی در محیط هاو سیستم های توزیعی به مراتب آسان تر از محیط های دیگر است. یکی از سیستم های توزیعی ابرها می باشند که می توانند نقش مهمی را در محاسبات عظیم و ذخیره سازی اطلاعات حجیم، ایفا کنند. بنابراین لزوم بررسی چالش ها و موانع در این قبیل سیستم ها و رفع آنها می تواند گامی موثر در افزایش سرعت و کارایی این گونه سیستم ها داشته باشد.
توجیه ضرورت انجام طرح
همزمان با رشد چشمگیر تکنولوژی پردازنده ها، ابرها نیز گسترش روز افزونی پیدا کرده اند. به همین ترتیب تعداد کامپیوترهای افزوده شده به زیر ساخت ابرها نیز افزایش پیدا کرده است که البته قابل ذکر است این افزایش با توجه به تقاضای روزافزون کاربران برای میزبانی این منابع می باشد. منابع ابری برای کاربران نامحدود بوده و کاربران تنها محدودیت مالی برای خرید این منابع را پیش رو دارند. پس می توان نتیجه گرفت که یکی از مهم ترین چالش ها در این زمینه مقیاس پذیر بودن سیستم عامل های ابری می باشد. در ابرها پارامترهایی همچون تقاضا، حجم کار و منابع در دسترس در طول زمان پیوسته در حال تغییر می باشند. برای مثال هنگامی که کاربر محاسبات سنگین و پیچیده ای درخواست می کند منابع مورد نیاز وی افزایش پیدا می کند و در پایان منابع از کاربر تحویل گرفته می شوند، قابل ذکر است این افزایش و کاهش در منابع ممکن است از دید کاربر پنهان بماند. باید به این نکته توجه داشت که تقاضا هیچ گاه ثابت نمی ماند و میزان منابع مورد نیاز در گستره زیادی در حال تغییر می باشد. از طرفی برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر معمولا منابع را بین کاربران و دیگر برنامه های کاربردی به اشتراک می گذارند. اگرچه برنامه کاربردی هر کاربر در لفاف مجازی جداگانه ای قرار گرفته است ولی کیفیت سرویسی که برای برنامه فراهم می شود را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه براین برنامه نویسی در این سیستم عامل نیز کاری مشکل و توام با خطا است. با توجه به مشکلات برنامه نویسی چند نخی و چند فرآیندی که در این نوع سیستم عامل ها استفاده می شود امکان وجود خطا افزایش می یابد. همچنین به دلیل کمبود ابزارهای اشکال زدایی و آنالیز سیستم های بزرگ فهمیدن خطاها سخت و برطرف سازی آنها چالش برانگیز است. برخی چالش های ذکر شده در این زمینه موجب به وجود آمدن مسیر تحقیقاتی گوناگون شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد که البته هر کدام از این مسیرها به بخش های دیگری می شکنند که زمینه جدیدی را فراهم می کند.
استفاده از اشیاء پایدار: یکی از زمینه های اصلی مدل ابری فراهم آوردن مخازن داده پایدار و قابل اشتراک می باشد. بنابراین محور اصلی برخی از تحقیقات در زمینه سیستم عامل های ابری، پشتیبانی کارامد و استفاده بهینه از حافظه پایدار می باشد. علاوه بر این عرصه دیگر تحت کنترل درآوردن منابع توزیع شده می باشد که منجر به افزایش سرعت برنامه های اجرایی بر روی ابرها می گردد.
اطمینان و امنیت در سیستم عامل های ابری: یکی از اهداف مهم این سیستم ها فراهم آوردن محیط محاسباتی امن برای کاربران است. این چالش از دو بخش اصلی تشکیل می شود: حفاظت از داده ها هنگام خرابی سیستم و تضمین انجام ادامه محاسبه از جایی که محاسبه قطع گردید. می توان به این نتیجه رسید یکی دیگر از زمینه های تحقیق پیرامون سیستم عامل های ابری افزایش اطمینان این سیستم عامل ها می باشد.
تحمل خطا: افزایش تحمل خطا زمینه ی تحقیقات دیگر حول این موضوع می باشد.
تعاریف واژه ها
سیستم های توزیعی
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل سعی شده قبل از آشنایی کامل با سیستم عامل های ابری در مورد محاسبات ابری، انواع سیستم عامل ها، سیستم های توزیعی و سیستم عامل های توزیعی آشنا شویم، سپس با برخی سیستم عامل های ابری موجود آشنا شده و در نهایت به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته می پردازیم.
محاسبات ابری
محاسبات ابری مدل محاسباتی بر پایه شبکه‌های بزرگ کامپیوتری مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل سرویس‌های فناوری اطلاعات (شامل سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات، و سایر منابع اشتراکی محاسباتی) با به کارگیری اینترنت ارائه می‌کند. سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی می کنند بر اساس نیازهای خود و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود، به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیراً محاسبات ابری[15]. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که به واسطه آن کاربران می توانند به برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری می تواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، به عنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار می گیرند.

شکل 2-1: تصویری از محاسبات ابری[33]
معرفی محاسبات ابری
دنیای فناوری اطلاعات و اینترنت که امروزه تبدیل به جزئی حیاتی از زندگی بشر شده، روز به روز در حال گسترش است. همسو با آن، نیازهای اعضای جوامع مانند امنیت اطلاعات، پردازش سریع، دسترسی پویا و آنی، قدرت تمرکز روی پروژه های سازمانی به جای اتلاف وقت برای نگه داری سرورها و از همه مهم تر، صرفه جویی در هزینه ها اهمیت زیادی یافته است. راه حلی که امروزه در عرصه فناوری برای چنین مشکلاتی پیشنهاد می شود تکنولوژی ای است که این روزها با نام محاسبات ابری شناخته می شود.
محاسبات ابری نمونه ای است که منابع بیرونی همه نیازهای IT را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزارهایی مثل Office و ERP را در اینترنت تهیه می کند. محاسبات ابری همچنین، رشد و پیشرفت کاربرد های وسیع و تست برای شرکت های IT کوچکی را اجازه می دهد که نمی توانند سرمایه های بزرگ در سازمان داشته باشند. مهم ترین مزیت پیشنهاد شده توسط ابر در مفهوم اقتصاد مقیاس است و آن هنگامی است که هزاران کاربر، تسهیلات یکسان، هزینه یکسان برای هر کاربر و بهره برداری از سرور به اشتراک می گذارند. برای فعال سازی چنین تسهیلاتی، محاسبات ابری در برگیرنده تکنولوژی ها و مفاهیمی است مثل: مجازی سازی و محاسبات سودمند، پرداخت در ازای میزان استفاده، بدون سرمایه گذاری های کلان، انعطاف پذیری، مقیاس بندی، شرایط تقاضا و منابع بیرونی IT.
محاسبات ابری را ابر نیز می نامند چون یک سرور ابری دارای شکل بندی است که می تواند هر جایی در جهان قرار داشته باشد. ابر، تصویری است انتزاعی از شبکه‌ای عظیم؛ توده‌ای که حجم آن مشخص نیست، نمی‌دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده. ابعاد زمانی و مکانی یکایک اجزای آن نیز دانسته نیست، نمی‌دانیم سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزارها کجای این توده قرار دارند، اما آن‌چه را که عرضه می‌کند، می‌شناسیم. درست مثل برق! شما برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کارتان استفاده کنید لازم نیست یک ژنراتور یا کارخانه برق در خانه خود داشته باشید، بلکه به ازای هزینه مشخصی برق را اجاره می‌کنید. حالا اگر مصارف برقی شما بیشتر و متفاوت‌‌تر باشند مثلاً‌ می‌روید و از خدمات برق صنعتی استفاده می‌کنید. در محاسبات ابری هم شرکت‌ها و سازمان‌ها و افراد دیگر برای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکه پولی پرداخت نمی‌کنند، بلکه توان محاسباتی و سرویس‌های نرم‌افزاری مورد نیازشان را خریداری می‌کنند. این ایده در واقع صرفه‌جویی بزرگ و بهره‌وری زیادی در منابع IT را به همراه خواهد داشت. بدین ترتیب کافی است وسیله شما (پی‌سی، موبایل، تلویزیون، حتی یخچال!) یک رابط نرم‌افزاری (مرورگر) برای استفاده از سرویس‌های آنلاین و یک دسترسی به اینترنت داشته باشد،‌ خواهید دید که قادر هستید به راحتی از توان محاسباتی برای انجام کارهای دیجیتالی خود بهره بگیرید.
رشد و پیشرفت محاسبات ابری منجر به چندین تعریف پیشنهادی از خصوصیات آن می شود. برخی از این تعاریف توسط دانشمندان مشهور و سازمان ها ارائه شده است مثل:
الف) Buyya و همکارانش که محاسبات ابر را در مفهوم کاربری است برای کاربر نهایی بدین صورت تعریف می کنند: یک ابر سیستمی محاسباتی توزیع شده بازارگرا است که شامل جمع آوری کامپیوترهای مجازی و ارتباط داخلی هستند که از لحاظ دینامیکی به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی متحد بر اساس توافق های سطح سرویس بین مصرف کنندگان و فراهم کنندگان خدمات مذاکره می کنند[14].
ب) موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی محاسبات ابری را به صورت زیر تعریف می کند: محاسبه ابری، الگویی است برای اینکه شبکه های مبتنی بر تقاضا به منابع محاسباتی (مثل سرور، شبکه، ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و خدمات) طوری دستیابی پیدا کنند که شامل حداقل تلاش مدیریت یا تعامل فراهم کننده سرویس است. این الگوی ابر، قابلیت دستیابی را ارتقا می دهد و شامل پنج تا از ویژگی های ضروری، سه تا از الگوهای سرویس و چهار تا الگوی استقرار است.
ویژگی های ابری شامل انتخاب سرویس مبتنی بر تقاضا، دسترسی وسیع به شبکه، ائتلاف منابع، انعطاف پذیری سریع و سرویس اندازه گیری شده است. الگوهای خدمات در دسترس به صورت نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS)، سکو به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) تقسیم بندی می شوند. الگوی گسترش به ابرهای عمومی، خصوصی، اجتماعی و هیبرید تقسیم بندی می شود.
مشخصه اصلی محاسبات ابری
موسسه ملی استانداردها و فناوری، خصوصیات محاسبات ابری زیر را به صورت زیر تعریف می کند:
سرویس مبتنی بر تقاضا
مشتری می تواند به صورت یک طرفه امکانات و خدمات محاسباتی همچون سرور و فضای ذخیره سازی در شبکه را به هنگام نیاز از هر فراهم کننده ای به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان به دست آورده و از آنها استفاده کند. به عبارت دیگر، برای مدیریت زیرساخت ابر نیازمند استخدام مدیران شبکه یا Admin به صورت تمام وقت نیستیم. بیشتر سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.
انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[9].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or "<something>as a Service"
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول 2-1 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-1 : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته
Simple Storage Service سیستم ذخیره سازی دسته ای IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
SimpleDB پایگاه داده به عنوان سرویس IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
CloudFront تحویل محتوا IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
SQS سرویس صف و زمانبندی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
AppNexus AppNexus Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
گوگل Google Big Table سیستم توزیع شده برای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Google File Sys-- سیستم- فایل توزیع شده IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
اچ پی iLO مدیریت خاموشی سرور IaaS- سرویس منبع فیزیکی
Tycoon سیستم مدیریت منابع محاسباتی در کلاسترها IaaS- سرویس منبع مجازی
Joyent Accelerator سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Connector سرور مجازی از قبل تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
BingoDisk دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Bluelock Bluelock Virtual Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Bluelock Virtual Recovery بازیابی مصیبت و شکست IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Emulab Emulab Network Testbed بستر آزمایش شبکه IaaS- سرویس منبع فیزیکی
ENKI ENKI Virtual Private Data Centers منابع دیتا سنتر مجازی بنابر تقاضا IaaS- سرویس منبع مجازی
EU Resevoir Project Open Nebula موتور مجازی زیرساخت(متن باز) IaaS- سرویس منبع مجازی
FlexiScale FlexiScale Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
GoGrid Cloud Hosting سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Cloud Storage فضای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Nirvanix Nirvanix Storage Delivery Network دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
OpenFlow OpenFlow شبیه سازی شبکه IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
RackSpace Masso Cloud Sites سرور مجازی از پیش تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت
Masso Cloud Storage دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Masso Cloud Severs سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Skytap Skytap Virtual Lab محیط آزمایشگاه مجازی فناوری اطلاعات IaaS- سرویس زیر ساخت
Terremark Infinistructure سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
UCSB Eucalyptus نسخه متن باز EC2 آمازون IaaS- سرویس منبع مجازی
10gen Mongo DB پایگاه داده برای ذخیره سازی ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Babble Application Server سرور برنامه های تحت وب برای استقرار ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
سکو به عنوان سرویس
سکو به عنوان سرویس یاPaaS ، ماشینهای مجازی، سیستمهای عامل، برنامهها، سرویسها، چارچوبهای توسعه، تراکنشها و ساختارهای کنترلی را فراهم میآورد. مشتری میتواند برنامههای خود را بر روی زیر ساخت ابر قرار دهد و یا اینکه از برنامههایی استفاده کند که با استفاده از زبانها و ابزارها نوشته شدهاند و توسط سرویس دهندهیPaaS پشتیبانی می شوند. سرویسدهنده زیرساخت ابر، سیستمهای عامل و نرمافزارهای فعالسازی را فراهم میآورد. مشتری مسئول نصب و مدیریت برنامههایی که قرار داده است، میباشد.
در جدول 2-2 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه PaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
Akamai EdgePlatform تحویل برنامه کاربردی، محتوا و سایت PaaS
مایکروسافت Azure محیط توسعه و اجرا برای برنامه های کاربردی مایکروسافت PaaS
Live Mesh بستری برای به هنگام سازی، اشتراک و دسترسی به دامنه وسیعی از دستگاه هایی با سیستم عامل مایکروسافت PaaS


فیس بوک Facebook Platform بستر آزمایش شبکه PaaS
گوگل App Engine محیط اجرایی قابل گسترش برای برنامه های تحت وب نوشته شده در زبان پایتون PaaS
NetSuite SuiteFlex جعبه ابزاری برای سفارشی سازی برنامه های کاربردی کسب و کار آنلاین همین شرکت PaaS
Salesforce Force.com ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار PaaS
Sun Caroline بستر قابل گسترش افقی برای توسعه و استقرار سرویس های تحت وب PaaS
Zoho Zoho Creator جعبه ابزاری برای ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار و به شکل بنابر بر تقاضا PaaS
نرمافزار به عنوان سرویس
نرمافزار به عنوان سرویس یا SaaS یک محیط کاملاً عملیاتی برای مدیریت برنامهها و واسط کاربری است. در مدل SaaS برنامه از طریق یک برنامه واسط (معمولاً مرورگر) به مشتری سرویس میدهد و مسئولیت مشتری با ورود داده شروع و با مدیریت داده و تعاملات کاربری پایان مییابد. همه چیز مربوط به برنامه تا زیر ساخت در حوزهی مسئولیت فروشنده است.
در جدول 2-3 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه SaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
گوگل Google Docs بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Google Maps API رابط برنامه نویس سرویس نقشه گوگل به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا نقشه گوگل را در سایت های خود جاسازی کنند SaaS- سرویس ساده
OpenID Foundation OpenSocial یک رابط برنامه نویسی کاربردی مشترک برای برنامه های شبکه های اجتماعی SaaS-سرویس مرکب
OpenID یک سیستم توزیع شده که به کاربران این اجازه را می دهد تا تنها با یک شناسه دیجیتال بتوانند از سایتها مختلف استفاده نمایند. SaaS- سرویس ساده
مایکروسافت Office Live بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Salesforce Salesforce.com بسته نرم افزاری مدیریت روابط مشتریان SaaS
این سه مدل متفاوت سرویس به نام مدل SPI محاسبات ابری شناخته میشوند. گرچه تاکنون از مدلهای سرویس بسیاری نام برده شد، staas فضای ذخیرهسازی به عنوان سرویس؛ idaas هویت به عنوان سرویس؛ cmaas توافق به عنوان سرویس؛ و غیره، با این وجود سرویس های SPI تمامی باقی سرویسهای ممکن را نیز در بر میگیرد. IaaS دارای حداقل سطوح عاملیت مجتمع شده و پایین ترین سطوح مجتمع سازی میباشد و SaaS دارای بیشترینها است. یک PaaS یا سکو به عنوان سرویس خصوصیات مجتمع سازی، میانافزارها و سایر سرویسهای هماهنگساز را به مدل IaaS یا زیر ساخت به عنوان سرویس میافزاید. هنگامی که که یک فروشندهی محاسبات ابری، نرمافزاری را بر روی ابر عرضه میکند، با استفاده از برنامه و پرداخت فوری، یک عملیات SaaS انجام می گیرد. با SaaS مشتری برنامه را در صورت نیاز استفاده میکند و مسئول نصب، نگهداری و تعمیر برنامه نیست.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استاندارد ها و فناوری ها) مدل های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:

شکل 2-2 : الگوی استقرار ابر[29]
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده محاسبات ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد و بر اساس مدل محاسبات همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابر برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشنده ی سرویس های ابری می باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای محاسبات ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را به همراه می‌آورد.
ابر ترکیبی
یک ابر ترکیبی متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی، گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارت های پرداخت آسان تر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت محاسبات ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر (مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
مشخصات محاسبات ابری
مشخصات کلیدی توسط ابر در شکل 2-3 نشان داده شده است و در قسمت زیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است:

شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری[28]
مجازی شده : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) در ابرها تصور می شوند و این روش در سطوح مختلف مثل vm و سطوح بسته بدست می آید[9]. اصلی ترین آن در سطح ماشین مجازی است که در آن برنامه های کاربردی متفاوت در سیستم های عملکردی با همان ماشین فیزیکی اجرا می شوند. سطح سکو باعث نقشه برداری برنامه های کاربردی در یک یا چند منبع می شود که توسط فراهم آورندگان زیرساخت ابری پیشنهاد شده است.
سرویس گرا: ابر با استفاده از الگوی زیرساخت سرویس گرا به کار می رود که در آن همه اجزا در شبکه به عنوان یک سرویس در دسترس هستند، چه نرم افزار باشد، چه سکو یا هر زیرساختی که به عنوان سرویس پیشنهاد می کنند.
انعطاف پذیری : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) برای برنامه های کاربردی ابر موردنیاز هستند که می توانند به صورت پویا و مختلف مقرر می شوند. یعنی افزایش یا کاهش در زمان اجرا بستگی به نیازهای QOS کاربر دارد. فراهم کنندگان ابر اصلی مثل آمازون حتی سرویس هایی را برای توسعه عمودی و توسعه افقی در براساس نیازهای برنامه های کاربردی میزبان دارد.
پویا و توزیع شده: گرچه منابع ابر، مجازی شده اند، آنها اغلب در عملکردهای بالا یا سرویس های ابر قابل اطمینان توزیع می شوند. این منابع انعطاف پذیر و می توانند بر طبق نیازهای مشتری سازگاری یابند مثل: نرم افزار، پیکربندی شبکه و غیره[10].
اشتراک (اقتصاد مقیاسی): زیرساخت ابرها هر جایی است که منابع های متعدد از خود کاربر بر طبق نیازهای برنامه کاربردی خود استفاده می کنند، مشترک می شوند. این الگوی اشتراکی به عنوان الگوی اجاره چندگانه نیز می باشد. به طور کلی، کاربران نه دارای کنترل مستقیم بر منابع فیزیکی هستند و نه از تخصیص منابع و اینکه با چه کسانی مشترک شده اند، خبر دارند.
بازارگرا (پرداخت - در ازای - میزان استفاده): در محاسبات ابری، کاربران براساس پرداخت - در ازای - میزان استفاده برای سرویس ها پرداخت می کنند. الگوی قیمت گذاری می تواند با توجه به انتظار برنامه های کاربردی در کیفیت سرویس متفاوت باشد. فراهم آورندگان ابر IaaS مثل منابع قیمت ها در آمازون از الگوهایی بازاری مثل الگوهای قیمت گذاری کالاها یا زمان پرداخت آنها استفاده می کنند. یک الگوی قیمت گذاری توسط Thualsiram و Allenofor برای منابع مجهز پیشنهاد شده است که می تواند به عنوان اساسی برای منابع ابر استفاده شوند. این خصوصیت، بعد بهره برداری از محاسبات ابری را بیان می کند. یعنی، سرویس های ابری به عنوان سرویس های سنجیده شده هستند که در آن فراهم کنندگان دارای الگوی محاسباتی برای اندازه گیری کاربردها از سرویس ها هستند که به توسعه برنامه های قیمت گذاری متفاوت کمک می کند. الگوی محاسباتی به کنترل و بهینه سازی از منابع کمک می کند.[16]
خودمختار : برای فراهم کردن سرویس های قابل اطمینان در حد بالا، ابرها رفتاری مستقل را با مدیریت خودشان در دگردیسی عملکرد یا شکست نشان می دهند.
مزایای محاسبات ابری
 
کارمان را با بیان مزایای متعددی که توسط محاسبات ابری ارائه می شود آغاز می کنیم. وقتی شما به سمت استفاده از ابر می روید، به چیزهای زیر دست پیدا می کنید:
 
هزینه های کامپیوتری کمتر: شما برای اجرای برنامه های کاربردی مبتنی بر وب، نیازی به استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند و گران قیمت ندارید. از آن جائی که برنامه های کاربردی بر روی ابر اجرا می شوند، نه بر روی یک کامپیوتر رو میزی. کامپیوتر رومیزی شما نیازی به توان پردازشی زیاد یا فضای دیسک سخت که نرم افزارهای دسکتاپ محتاج آن هستند ندارد. وقتی شما یک برنامه کاربردی تحت وب را اجرا می کنید، کامپیوتر شما می تواند ارزان تر، با یک دیسک سخت کوچک تر، با حافظه کم تر و دارای پردازنده کارآمدتر باشد. در واقع، کامپیوتر شما در این سناریو حتی نیازی به یک درایو CD یا DVD هم ندارد زیرا هیچ نوع برنامه نرم افزاری بار نمی شود و هیچ سندی نیاز به ذخیره شدن بر روی کامپیوتر ندارد.
کارآیی توسعه یافته:  با وجود برنامه های کم تری که منابع کامپیوترشما، خصوصاً حافظه آن را به خود اختصاص می دهند، شما شاهد کارآیی بهتر کامپیوتر خود هستید. به عبارت دیگر کامپیوترهای یک سیستم محاسبات ابری، سریع تر بوت و راه اندازی می شوند زیرا آن ها دارای فرآیندها و برنامه های کم تری هستند که به حافظه بار می شود.
 
هزینه های نرم افزاری کم تر:  به جای خرید برنامه های نرم افزاری گران قیمت برای هر کامپیوتر، شما می توانید تمام نیازهای خود را به صورت رایگان برطرف کنید. بله درست است، اغلب برنامه های کامپیوتری محاسبات ابری که امروزه عرضه می شوند، نظیر Google Docs، کاملاً رایگان هستند. این، بسیار بهتر از پرداخت 200 دلار یا بیشتر برای خرید برنامه office مایکروسافت است که این موضوع به تنهایی می تواند یک دلیل قوی برای سوئیچ کردن به محاسبات ابری محسوب شود.
 
ارتقای نرم افزاری سریع و دائم:  یکی دیگر از مزایای مربوط به نرم افزار در  محاسبات ابری این است که شما دیگر نیازی به بروز کردن نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی، به دلیل هزینه زیاد ارتقای آن ها ندارید. وقتی برنامه های کاربردی، مبتنی بر وب باشند، ارتقاها به صورت اتوماتیک رخ می دهد و دفعه بعد که شما به ابر وارد شوید به نرم افزار اعمال می شوند. وقتی شما به یک برنامه کاربردی مبتنی بر وب دسترسی پیدا می کنید، بدون نیاز به پرداخت پول برای دانلود یا ارتقای نرم افزار، از آخرین نسخه آن بهره مند می شوید.
 
سازگاری بیشتر فرمت اسناد:  نیازی نیست که شما نگران مسئله سازگاری اسنادی که بر روی کامپیوتر خود ایجاد می کنید با سایر سیستم عامل ها یا سایر برنامه های کاربردی دیگران باشید. در دنیایی که اسناد 2007Word نمی تواند بر روی کامپیوتری که 2003Word را اجرا می کند باز شوند، تمام اسنادی که با استفاده از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب ایجاد می شوند می تواند توسط سایر کاربرانی که به آن برنامه کاربردی دسترسی دارند خوانده شوند. وقتی همه کاربران اسناد و برنامه های کاربردی خود را بر روی ابر به اشتراک می گذارند، هیچ نوع ناسازگاری بین فرمت ها به وجود نخواهد آمد.
 
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:  محاسبات ابری ظرفیت نامحدودی برای ذخیره سازی در اختیار شما قرار می دهد. دیسک سخت 200 گیگابایتی فعلی کامپیوتر رومیزی شما در مقایسه با صدها پتابایت (یک میلیون گیگابایت) که از طریق ابر در دسترس شما قرار می گیرد اصلا چیزی به حساب نمی آید. شما هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داشته باشید می توانید ذخیره کنید.
 
قابلیت اطمینان بیشتر به داده:  برخلاف محاسبات دسکتاپ، که در آن یک دیسک سخت می تواند تصادم کند و تمام داده های ارزشمند شما را از بین ببرد، کامپیوتری که بر روی ابر تصادم کند نمی تواند بر داده های شما تاثیر بگذارد. این همچنین بدان معنا است که اگر کامپیوترهای شخصی شما نیز تصادم کنند، تمام داده ها هنوز هم آن جا و برروی ابر وجود دارند و کماکان در دسترس شما هستند. در دنیایی که تنها تعداد اندکی از کاربران به طور مرتب و منظم از داده های مهم و حساس خود نسخه پشتیبان تهیه می کنند، محاسبات ابری حرف آخر در زمینه محافظت از داده ها به شمار می رود.
 
دسترسی جهانی به اسناد:  آیا تا به حال کارهای مهم خود را از محیط کار به منزل برده اید؟ و یا تاکنون به همراه بردن یک یا چند فایل مهم را فراموش کرده اید؟ این موضوع در محاسبات ابری رخ نمی دهد زیرا شما اسناد و فایل های مهم  خود را همراه خود حمل نمی کنید. در عوض، این اسناد و فایل ها بر روی ابر می مانند و شما می توانید از هرجایی که یک کامپیوتر و اتصال اینترنتی وجود داشته باشد به آن دسترسی پیدا کنید. شما در هر کجا که باشید به سرعت می توانید به اسناد خود دسترسی پیدا کنید و به همین دلیل، نیازی به همراه داشتن آن ها نخواهید داشت.
 
در اختیار داشتن آخرین و جدیدترین نسخه:  یکی دیگر از مزایای مرتبط با اسناد در محاسبات ابری این است که وقتی شما یک سند را در خانه ویرایش می کنید، این نسخه ویرایش شده همان چیزی است که وقتی در محل کار خود به آن دسترسی می یابید مشاهده می کنید. ابر همواره، آخرین نسخه از اسناد شما را میزبانی می کند و تا وقتی شما به اینترنت و ابر متصل باشید، هیچ گاه در معرض خطر استفاده از یک نسخه تاریخ گذشته نخواهید بود.
همکاری گروهی ساده تر:  به اشتراک گذاشتن اسناد، شما را مستقیماً به همکاری بر روی اسناد رهنمون می کند. برای بسیاری از کاربران، این یکی از مهم ترین مزایای استفاده از محاسبات ابری محسوب می شود زیرا چندین کاربر به طور همزمان می توانند برروی اسناد و پروژه ها کار کنند، به دلیل این که اسناد بر روی ابر میزبانی می شوند، نه بر روی کامپیوترهای منفرد، همه چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر با قابلیت دسترسی به اینترنت است.
 
مستقل از سخت افزار:  در نهایت، در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره می کنیم. شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید. کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند. حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند. دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرصه ظهور گذاشت، هم اکنون به دلیل توانایی اش در ارائه زیرساخت فن آوری پویا و بسیار منعطف، محیط های محاسباتی تضمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس های نرم افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ مبدل شده است. در گزارش گوگل Trends و همانطور که در شکل 2-4 مشاهده می کنید، محاسبات ابری که از تکنولوژی مجازی سازی بهره می برد، محاسبات گریدی را پشت سر گذاشته است.

شکل2-4 : تمایل به سمت محاسبات ابری[35]
پروژه های متعددی در حوزه صنعت و دانشگاه بر روی محاسبات ابری آغاز شده است وشرکت های بسیار بزرگی با این موضوع درگیر شده اند و این نشان از توجه عمومی به سمت این پدیده نوین است.
نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید. در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره می کنیم:
نیاز به اتصال دائمی به اینترنت دارد: در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود. از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید. نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است. وقتی شما آفلاین هستید، محاسبات ابری کار نمی کند.
با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند: به همان شکلی که در بالا اشاره شد، یک ارتباط اینترنتی کم سرعت نظیر نمونه ای که در سرویس های Dial-up دیده می شود، در بهترین حالت، استفاده از محاسبات ابری را با دردسرهای فوق العاده ای همراه می کند و اغلب اوقات، استفاده از آن را غیرممکن می سازد. برنامه های کاربردی تحت وب و همچنین اسنادی که بر روی ابر ذخیره شده اند برای دانلود شدن به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارند. اگر شما از یک اینترنت Dial-up استفاده می کنید، اعمال تغییر در یک سند یا رفتن از یک صفحه به صفحه دیگر همان سند ممکن است برای همیشه به طول بینجامد. و البته در مورد بار شدن یک سرویس غنی از امکانات حرفی نمی زنیم. به عبارت دیگر، محاسبات ابری برای افرادی که از اینترنت باند پهن استفاده نمی کنند، نیست.
می تواند کند باشد: حتی در یک ارتباط اینترنتی سریع نیز، برنامه های کاربردی تحت وب می توانند گاهی اوقات کندتر از دسترسی به همان برنامه نرم افزاری از طریق یک کامپیوتر رومیزی باشند. تمام جنبه های یک برنامه، از جمله اینترفیس و سند فعلی، باید بین کامپیوتر یا کامپیوترهای موجود بر روی ابر مبادله شود. اگر در آن لحظه، سرورهای ابر در معرض تهیه نسخه پشتیبان باشند یا اگر اینترنت یک روز کند را پشت سر بگذارد، شما نمی توانید به همان دسترسی سریعی که در یک برنامه دسک تاپ وجود دارد، برسید.
ویژگی ها ممکن است محدود باشند: این وضعیت در حال تغییر است اما بسیاری از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب به اندازه همتای دسک تاپ خود دارای ویژگی ها و امکانات غنی نیستند. به عنوان مثال، شما می توانید کارهای بسیار زیاد با برنامه PowerPoint انجام دهید که امکان انجام همه آن ها توسط برنامه ارائه Google Docs وجود ندارد. اصول این برنامه ها یکسان هستند، اما برنامه کاربردی که بر روی ابر قرار دارد فاقد بسیاری از امکانات پیشرفته PowerPoint است. اگر شما یک کاربر با تجربه و حرفه ای هستید، ممکن است نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید.
داده های ذخیره شده ممکن است از امنیت کافی برخوردار نباشند: با استفاده از محاسبات ابری، تمام داده های شما بر روی ابر ذخیره می شوند. این داده ها تا چه حد ایمن هستند؟ آیا کاربران غیرمجاز می توانند به داده های مهم و محرمانه شما دسترسی پیدا کنند؟ کمپانی محاسبات ابری اظهار می کند که داده ها امن هستند اما هنوز برای اطمینان کامل از این موضوع خیلی زود است. از نظر تئوری، داده های ذخیره شده بر روی ابر ایمن هستند و بین چندین ماشین توزیع شده اند. اما در صورتی که داده های شما مفقود شوند، شما هیچ نسخه پشتیبان فیزیکی یا محلی در اختیار نخواهید داشت (مگر این تمام اسناد ذخیره شده بر روی ابر را بر روی دسک تاپ خود دانلود کنید که معمولاً کاربران کمی چنین کاری می کنند). به سادگی بگویم، اتکا به ابر، شما را در معرض خطر قرار می دهد.
بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان از نگاه آماری
وب سایت cloudehypermarket.com تصویری را منتشر کرده است که اطلاعات آماری جالبی را در مورد محاسبات ابری و اوضاع فعلی آن در جهان به تصویر می‌کشد.
1562101485900
شکل 2-5 : بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان[36]
برخی از مهمترین نکات موجود در شکل عبارتند از: (آمار مربوط به اواخر سال ۲۰۱۰ می‌باشد).
۱- در بخش اول تصویر میزان سرمایه‌گذاری جهانی در حوزه‌ی آی‌تی بررسی شده است. در سال ۲۰۰۸ مجموعاً ۳۶۷ میلیارد پوند صرف هزینه‌های معمول فناوری اطلاعات و ۱۶ میلیارد پوند صرف هزینه‌های مربوط به سرویس‌های محاسبات ابری شده است. پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۲ مجموع سرمایه‌گذاری معمول در حوزه‌ی IT به رقم ۴۵۱ میلیارد پوند و سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری به ۴۲ میلیارد پوند برسد. با این محاسبات، رشد سالانه‌ی سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ به عدد ۲۵ درصد نزدیک است.
۲- مؤسسه‌ی تحقیقات بازار IDC پیش‌بینی می کند که در چند سال آینده، علاوه بر رشد سرمایه گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری، شرکت‌ها نیز حوزه‌های فعالیت خود را تغییر خوهند داد و خدمات خود را به سمت محاسبات ابری سوق خواهند داد. پیش‌بینی می‌شود خدمات محاسبات ابری شرکت‌ها در سال ۲۰۱۲ اینگونه ارائه شود:
اپلیکیشن‌های تجاری: ۵۲ درصد
نرم افزارهای زیرساختی: ۱۸ درصد
خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات: ۱۳ درصد
تولید و پیاده‌سازی نرم افزارها و اپلیکیشن‌ها: ۹ درصد
خدمات سرور: ۸ درصد
۳- آیا استفاده از محاسبات ابری فرآیند مدیریت فناوری اطلاعات را آسان تر کرده است؟
۷۰ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۴- آیا استفاده از محاسبات ابری، بهبودی در تجربه‌ی مصرف کننده‌ی نهایی ایجاد کرده است؟
۷۲ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۶ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۲ درصد مخالف این جمله هستند.
۵- آیا استفاده از محاسبات ابری، چالش‌های مربوط به کارایی فناوری اطلاعات را کاهش داده است؟
۶۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۷ درصد مخالف این جمله هستند.
۶- آیا استفاده از محاسبات ابری، هزینه‌های زیرساختی سازمان ها را کاهش داده است؟
۷۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۷ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۷- آیا استفاده از محاسبات ابری، فشارهای ناشی از تأمین منابع درون‌سازمانی بر روی سازمان را کاهش داده است؟
۷۴ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۸ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۸ درصد مخالف این جمله هستند.
۸- امروزه ۵۰ میلیون سرور فیزیکی در سراسر جهان وجود دارد. ۲درصد از این تعداد سرور در اختیار گوگل است (یعنی ۱ میلیون سرور).
۹- امروزه ۳۳ هزار و ۱۵۷ مؤسسه‌ی خدمات مرکز داده در جهان وجود دارد که ایالات متحده‌ی امریکا به تنهایی ۲۳ هزار و ۶۵۶ عدد از این مراکز داده را در خود جای داده است. کانادا، انگلستان، آلمان و هلند با اختلاف فاحشی نسبت به آمریکا در جایگاه‌های بعدی این آمار هستند.
۱۰- پیش بینی می‌شود در سال ۲۰۱۳ حداقل ۱۰ درصد از این سرورهای فیزیکی فروخته شده بر روی سرورهای مجازی (Virtual Machine) مستقر باشند به طوری که بر روی هر سرور فیزیکی ۱۰ ماشین مجازی مشغول به کار است. این به معنای شکل گیری سالانه ۸۰ تا ۱۰۰ میلیون سرور مجازی در سراسر دنیاست.
۱۱- در سال ۲۰۱۳ تقریبا ۶۰ درصد از بار کاری سرورها به صورت مجازی خوهد بود.
۱۲- مالکین دنیای محاسبات ابری در حال حاضر ۴ شرکت (بدون در نظر گرفتن رشد ناگهانی آمازون در ۴ ماهه‌ی ابتدایی سال ۲۰۱۱) گوگل، مایکروسافت، زوهو (Zoho) و رک‌اسپیس (RackSpace) با در اختیار داشتن بازاری با مجموع ارزش بیش از ۱۰۰ میلیارد پوند هستند.
۱۳- این ۱۰۰ میلیارد پوند، درآمد ناشی از خدماتی به شرح زیر است:
۵۶ درصد از مردم از سرویس‌های پست الکترونیکی همانند Gmail، Ymail و Hotmail استفاده می‌کنند.
۳۴ درصد از مردم از خدمات ذخیره‌سازی تصاویر در وب استفاده می‌کنند.
۲۹ درصد از مردم از اپلیکیشن‌های آنلاین مثل Google Docs و Photoshop Express استفاده می‌کنند.
۷ درصد از مردم از سرویس‌های ذخیره‌سازی ویدئو در وب استفاده می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای ذخیره‌سازی فایل های رایانه‌ای خود در وب پول پرداخت می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات هارد دیسک خود بر روی وب‌سایت‌های اینترنتی هزینه می‌کنند.
یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure از شرکت مایکروسافت
هزینه های مربوط به پردازش:
معادل یک کامپیوتر شخصی ۱۲۰۰ ریال / ساعت
معادل یک سرویس دهنده ۳۰۰۰ ریال / ساعت
معادل یک ابر رایانه ۱۰۰۰۰ ریال / ساعت
هزینه های مربوط به فضای ذخیره سازی:
هر گیگابایت اجاره نگهداری ماهانه ۱۵۰۰ ریال
هر ده هزار تراکنش ذخیره سازی ۱۰ ریال
هزینه دریافت هر گیگابایت داده از ابر:
بسته به کشوری که در آن قرار دارید، از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ریال
این سیستم عامل به نام Windows Azure درحال حاضر توسط شرکت مایکروسافت با قیمت هایی شبیه آنچه در بالا آمد، ارائه می گـردد. بـرای اجرای این سیستم عامل به رایانه ای با چند گیگابایت حافظه RAM و چندصد گیگابایت دیسک سخت نیاز نبوده و یک دستگاه نسبتاً قـدیـمی هم می تواند برای آن به کار رود.
بعد از اینکه با محاسبات ابری آشنا شدیم و آن را از نگاه آماری بررسی کردیم و به این نتیجه رسیدیم که محاسبات ابری می توانند نقش عمده ای در جهان امروزی داشته باشند به معرفی سیستم عامل های ابری که از پلتفرم های مربوط به محاسبات ابری هستند، می پردازیم. در ابتدا تعریفی از سیستم عامل.
تعریف سیستم عامل
سیستم عامل، نرم افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته، اجرای برنامه های کاربردی را کنترل نموده و به صورت رابط کاربر و سخت افزار عمل می نماید. سیستم عامل خدماتی به برنامه های کاربردی و کاربر ارائه می دهد. برنامه های کاربردی یا از طریق واسط های برنامه نویسی کاربردی و یا از طریق فراخوانی های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه های کاربردی می توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر یا سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می شود پیاده سازی می شود (استالینگ، 1381).
انواع سیستم عامل
سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها، سیستم عامل های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند. از قبیل XP98، Me و Vista که بیشتر محصول شرکت مایکروسافت می باشند.
سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزارهای سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود[13].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بی درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشد. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری به گونه ای که عملیات خاصی در زمانی که بایستی اجرا شوند، اجرا گردند و مهم تر از همه اینکه مدیریت منابع به گونه ای است که این عملیات خاص در هر بار وقوع، مقدار زمان یکسانی بگیرد[1].
سیستم های توزیعی
در منابع مختلف تعاریف مختلفی برای سیستم های توزیعی ارائه شده است. اما هیچ یک نه کامل است و نه با دیگری همخوانی دارد. در این تحقیق تعریفی از این نوع سیستم ها که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم به آن اشاره شده را بیان می کنیم:
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
از این تعریف می توان به این نتیجه رسید که اولاً یک سیستم توزیعی از کامپیوترهای خود مختار تشکیل شده است و ثانیاً کاربران تصور می کنند که با یک سیستم منفرد کار می کنند. پس با تعریفی که ذکر شد می توان یک سیستم توزیعی را اینگونه نیز تعریف کرد:
هر سیستمی که بر روی مجموعه ای از ماشین ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر می باشند ، یک سیستم توزیع شده است. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که در سیستم های توزیعی تفاوت بین کامپیوترهای مختلف و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر باید تا حدود زیادی از دید کاربران پنهان بماند. سیستم های توزیعی برای اینکه بتوانند از کامپیوترها و شبکه های ناهمگن پشتیبانی کنند و همگی سیستم ها را در غالب یک سیستم منفرد نمایش دهند، به عنوان یک لایه میانی به نام میان افزار بین یک لایه سطح بالایی شامل کاربران و برنامه های کاربردی و یک لایه پائینی شامل سیستم های عامل در نظر گرفته می شوند[12]. در شکل 2-6 لایه سیستم توزیعی یا به عبارتی میان افزاری را مشاهده می کنید که بین سیستم های عامل 1 تا 4 و چهار کامپیوتر شبکه که شامل سه برنامه کاربردی هستند قرار گرفته است. این لایه باعث می شود که تفاوت بین سخت افزار و سیستم های عامل از دید برنامه های کاربردی وکاربران مخفی بماند.

شکل 2-6 : سیستم توزیعی که به عنوان یک لایه میانی یا میان افزار بین برنامه های کاربردی و سیستم عامل ها قرار گرفته است[12].
و اما مواردی که باید در طراحی سیستم های توزیع شده در نظر گرفت و به نوعی اهداف سیستم های توزیع شده می باشند عبارتند از شفافیت، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، کارآیی خوب و قابلیت گسترش.
شفافیت
یکی از اهداف مهم سیستم های توزیع شده این است که فرآیندها و منابعی که بین ماشین های متعدد توزیع شده اند، باید از دید کاربران مخفی بماند[17]. به سیستم توزیعی که از دید کاربران و برنامه های کاربردی خود به صورت یک سیستم کامپیوتری منفرد جلوه می کند را اصطلاحاً شفاف می گویند.
شفافیت انواع مختلفی دارد و در مورد هر یک طبق تعریفی که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم آمده توضیح می دهیم، شفافیت دسترسی که در مورد مخفی سازی تفاوت های ارائه داده و نحوه دسترسی به منابع به وسیله کاربران می باشد. شفافیت مکان یعنی اینکه کاربران نتوانند محل استقرار فیزیکی منبع در سیستم را شناسایی کنند. شفافیت مهاجرت یعنی اینکه بتوان منابع آنها را بدون تاثیرگذاری بر نحوه دسترسی به آنها انتقال داد. شفافیت مکان یابی مجدد هنگامی است که بتوان منابع را در حین دسترسی به آنها و بدون کوچکترین اطلاعی به کاربر یا برنامه کاربردی مجددا مکان یابی کرد. شفافیت تکثیر به مخفی سازی وجود چندین نسخه تکثیری از یک منبع می پردازد. شفافیت هم روندی زمانی است که مثلا دو کاربر مستقل فایل های خود را روی یک خدمتگذار فایل واحد ذخیره کرده و یا به جداول واحدی در پایگاه داده مشترک دسترسی داشته باشند. در این موارد هیچ یک از کاربران نباید کوچکترین اطلاعی از واقعیت استفاده کاربر دیگر از آن منبع داشته باشد. شفافیت خرابی به این معناست که کاربر متوجه خرابی و عملکرد نادرست یک منبع نشده و سپس سیستم اقدام به ترمیم آن خرابی کند[2].
قابلیت اطمینان
در دسترس بودن یک فاکتور مهم مرتبط با این سیستم ها است. طراحی نباید به گونه ای باشد که نیاز به اجرای همزمان کامپوننت های اساسی باشد. افزونگی بیشتر داده ها باعث افزایش در دسترس بودن شده اما ناسازگاری را بیشتر می کند. قدرت تحمل خطا باعث پوشاندن خطاهای ایجاد شده توسط کاربر می شود.
کارآیی
بدون کارآیی مناسب کلیه موارد استفاده نرم افزار بی فایده می باشد. اندازه گیری کارایی در سیستم های توزیع شده کار آسانی نیست. برای رسیدن به کارایی باید توازنی خاص در تعداد پیغام ها و اندازه کامپوننت های توزیع شده بر قرار باشد.
مقیاس پذیری
امروزه اتصال جهانی از طریق اینترنت، مانند امکان ارسال یک کارت پستال برای هر کسی در هر گوشه ای از جهان تبدیل به امر عادی شده است. به همین دلیل، مقیاس پذیری یکی از مهمترین اهداف طراحی برای سازندگان سیستم های توزیعی محسوب می شود. مقیاس پذیری یک سیستم را می توان حداقل در سه بعد مختلف اندازه گیری کرد(نیومان، 1994). اولاً، یک سیستم می تواند با توجه به اندازه خود مقیاس پذیر باشد. به این معنا که بتوان به راحتی کاربران و منابع دیگری را به سیستم اضافه نمود. ثانیاً، یک سیستم مقیاس پذیر جغرافیایی سیستمی است که ممکن است کاربران و منابع آن در فاصله های دوری از هم قرار گرفته باشند. ثالثا، یک سیستم ممکن است از نظر مدیریت اجرایی مقیاس پذیر باشد، به این معنا که حتی اگر سازمان هایی با مدیریت اجرایی مستقل را به هم پیوند دهد. باز به راحتی قابل مدیریت باشد. متاسفانه، اغلب سیستم هایی که از یک یا چند مقیاس پذیر هستند، با افزایش مقیاس پذیری سیستم، تاحدودی با افت عملکرد مواجه می شوند.
سیستم عامل های توزیعی
محیط های کامپیوتری تحت شبکه( شبکه های کامپیوتری) امروزه بسیار رایج شده اند و این محیط ها شامل مجموعه ای از ایستگاه های کاری و سرویس دهنده ها می باشند. واضح است که مدیریت این منابع کار آسانی نخواهد بود. استفاده از مجموعه ای از کامپیوترها که از طریق شبکه به هم متصل شده اند مشکلات بسیاری را در بر دارد، از جمله مشکلات تقسیم منابع و یکپارچه سازی محیط( که این مشکلات در سیستم های متمرکز وجود ندارد). علاوه بر این برای افزایش میزان کارآیی، توزیع بایستی از دید کاربر پنهان بماند. راه حل مناسب این است که سیستم عاملی طراحی شود که توزیعی بودن سخت افزار را در تمامی سطوح در نظر داشته باشد. به این صورت که سیستم عامل مجموعه را به صورت یک سیستم متمرکز نشان دهد و در کنار آن از مزیت های سیستم توزیعی استفاده کند. در ساختار سیستم عامل های توزیعی از دو الگوی مبتنی بر پیام و مبتنی بر شیء استفاده می شود[11].
الگوی مبتنی بر پیام
در این الگو سیستم عامل یک هسته مبتنی بر پیام در هر گره قرار می دهد و برای برقراری ارتباطات داخل فرآیند از ارسال پیام استفاده می کند. هسته از هر دو نوع ارتباط محلی( ارتباط بین فرآیندهای داخل هر گره) و غیر محلی(ارتباط از راه دور) پشتیبانی می کند. در یک سیستم عامل سنتی همانند یونیکس دسترسی به سرویس های سیستمی از طریق فراخوانی متدها صورت می پذیرفت در حالی که در سیستم عامل های مبتنی بر پیام، درخواست ها از طریق ارسال پیام مطرح می شوند. با این قرار می توان نتیجه گرفت سیستم عامل های مبتنی بر پیام ساخت جذاب تر و بهتری دارند، زیرا سیاست های موجود در فرآیند های سرویس دهنده از مکانیزم پیاده سازی هسته جدا می باشد.
الگوی مبتنی بر شیء
در این الگو سیستم عامل سرویس ها و منابع را به موجودیت هایی به نام شیء کپسوله می کند. این اشیاء همانند نمونه هایی از داده های انتزاعی می باشند و از ماژول های منحصر به فردی تشکیل شده اند. همچنین این ماژول ها نیز متشکل از متدهای به خصوصی می باشند که اینترفیس(واسط) ماژول را توصیف می کنند. عملکرد در این الگو این چنین است که کاربران درخواست سرویس را از طریق احضار شیء مورد نظر مطرح می سازند. این مکانیزم بسیار شبیه به فراخوانی پروسه ها در سیستم های معمولی می باشد. قابل ذکر است که اشیاء عملیات را کپسوله می کنند.
رویکرد سیستم عامل های ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند. سیستم عامل ابری شامل سرویس دهنده های محاسباتی، سرویس دهنده های داده ای و ایستگاه های کاربر می باشد.
سرویس دهنده های محاسباتی: ماشینی است برای استفاده به عنوان موتور محاسباتی.
سرویس دهنده های داده ای: ماشینی است برای استفاده به عنوان مخرن داده های بلند مدت.
ایستگاه های کاربری: ماشینی است که محیطی برای توسعه دادن برنامه های کاربردی فراهم می کند و واسطی بین کاربر و سرویس دهنده های محاسباتی یا داده ای می باشد[3].
ساختار سیستم عامل های ابری بر پایه مدل شیء- نخ می باشد. این مدل از مدل برنامه نویسی معروف شیء گرا اقتباس شده است که نرم افزار سیستم را بر پایه مجموعه ای از اشیاء می سازد. هر شیء شامل تعدادی داده و عملیات بر روی آن داده ها می باشد. عملیات بر روی داده ها را متد می نامند و نوع شیء نیز با کلاس مشخص می گردد. هر کلاس می تواند صفر یا یک و یا چند نمونه داشته باشد ولی یک نمونه تنها از یک کلاس ناشی می شود. اشیاء به پیام ها پاسخ می دهند و ارسال پیام به یک شیء می تواند به داده های درون شیء دسترسی داشته باشد و آن ها را بروز رسانی کند و یا به اشیاء دیگر درون سیستم پیام ارسال کند. اشیاء ابر کپسولی از کد و داده می باشند که در یک فضای آدرس مجازی قرار دارند. هر شیء نمونه ای از یک کلاس است و هر کلاس ماژولی از برنامه. اشیاء ابرها به احضارها پاسخ می دهند و احضارها ( با استفاده از نخ ها) برای اجرای متد درون شیء ابر استفاده می گردند. ابرها از اشیاء برای تضمین انتزاع مخازن و از نخ ها برای اجرای متد درون شیء استفاده می نمایند. این موجب می شود که محاسبات و مخازن داده ای از یکدیگر تفکیک شوند. از دیگر ویژگی های مدل شیء- نخ می توان به این موارد اشاره کرد:
عملیات ورودی و خروجی
به اشتراک گذاری داده ها
ارتباط درون فرآیندها
ذخیره سازی بلند مدت داده ها در حافظه
الگوی سیستم عامل ابری
الگوی مورد استفاده در سیستم عامل های ابری همان الگوی شیء- نخ می باشد که در این بخش به توضیح اجزا و نحوه عملکرد این الگو می پردازیم.
شیء ابری
شیء ابری یک فضای آدرس مجازی پایدار می باشد. برخلاف فضاهای آدرس در سیستم های معمولی، محتویات اشیاء برای مدت طولانی باقی می مانند. به همین دلیل در هنگام خرابی سیستم از بین نمی روند، مگر اینکه عمدا از سیستم حذف شوند. همانطور که از تعریف برمی آید اشیاء ابری سنگین وزن هستند، به همین علت است که این اشیاء بهترین انتخاب برای مخازن داده ای و اجرای برنامه های بزرگ به حساب می آیند. داده های درون شیء فقط توسط خود شیء قابل دسترسی و بروزرسانی می باشند، زیرا محتویات یک فضای آدرس مجازی از بیرون از فضای مجازی قابل دست یابی نمی باشند.
یک شیء ابری شامل موارد زیر است:
کد مخصوص به خود ( متدهای اختصاصی )
داده های پایدار
حافظه ای زودگذر و سبک ( برای تخصیص حافظه موقت )
حافظه ای پایدار و دائمی ( برای تخصیص دادن حافظه ای که بخشی از ساختمان داده پایدار شیء می باشد )
داده با احضار متدها وارد شیء می شود و با پایان احضار از شیء خارج می گردد (شکل شماره 2-7 ). اشیاء ابری دارای یک نام در سطح سیستم می باشند که آن ها را از یکدیگر منحصر به فرد می سازد. این اشیاء درون سرویس دهنده های محاسباتی قابل استفاده می باشند که این کارآیی موجب می شود توزیعی بودن داده ها از دید کاربر مخفی باقی بماند.
4375151651000
شکل شماره 2-7 : ساختمان یک شیء ابری[5]
نخ
یک نخ عبارت است از مسیری اجرایی که وارد اشیاء شده و متدهای درون آن ها را اجرا می کند و محدود به یک فضای آدرس نمی شود. نخ ها توسط کاربران و یا برنامه های کاربردی ساخته می شوند. نخ ها با اجرای متدی از یک شیء می توانند به داده های درون شیء دسترسی یابند، آن ها را بروزرسانی کنند و یا اینکه متدهایی از شیء دیگر را احضار کنند. در این حالت، نخ به طور موقت شیء فعلی را رها می کند، از آن خارج شده و وارد شیء فراخوانی شده می گردد و متد مورد نظر آن را اجرا می کند، پس از پایان اجرای متد به شیء قبلی باز می گردد و نتیجه را برمی گرداند. نخ ها پس از پایان عملیات مورد نظر از بین می روند. علاوه بر این چند نخ می توانند به طور هم زمان وارد یک شیء شوند و به طور موازی به اجرا درآیند که در این صورت نخ ها محتویات فضای آدرس شیء را بین یکدیگر به اشتراک می گذارند. شکل شماره 2-8 نحوه اجرای نخ ها در اشیاء را نشان می دهد.

شکل شماره 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری[5]
تعامل میان شیء و نخ ( مدل شیء- نخ )
ساختار یک سیستم عامل ابری متشکل از اشیاء و نخ ها می باشد. مکانیزم ذخیره سازی داده ها در سیستم عامل های ابری با سایر سیستم عامل های معمول تفاوت دارد. در سیستم عامل های معمولی از فایل ها برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ولی در سیستم عامل های ابری اشیاء نقش مخازن داده را ایفا می کنند. برخی از سیستم ها برای برقراری ارتباط با داده های مشترک و هماهنگ سازی محاسبات از الگوی ارسال پیام استفاده می کنند. ابرها با قراردادن داده ها درون اشیاء آن ها را به اشتراک می گذارند. متدها در صورت نیاز به دسترسی داده ها شیء مورد نظر را که داده درون آن قرار دارد احضار می کنند. در یک سیستم مبتنی بر پیام، کاربر می بایست درجه هم زمانی را در هنگام نوشتن برنامه تعیین کند و برنامه را به تعدادی پروسه سیستمی بشکند. مدل شیء-نخ این احتیاجات را حذف می کند، به این صورت که در زمان اجرا درجه هم زمانی با ایجاد نخ های موازی مشخص می شود.
به طور خلاصه می توان گفت:
سیستم عامل ابری از فضاهای آدرس نام گذاری شده به نام شیء تشکیل شده است و این اشیاء قادرند:
مخازن داده پایدار فراهم کنند.
متدهایی برای دست یابی و دست کاری داده ها ایجاد نمایند.
داده ها را به اشتراک بگذارند.
هم زمانی را کنترل نمایند.
جریان کنترلی توسط نخ هایی که اشیاء را احضار می کنند انجام می شود.
جریان داده ای با ارسال پارامتر انجام می شود.
برنامه نویسی در مدل شیء- نخ در ابرها
مفاهیم مورد استفاده برنامه نویس در مدل شیء – نخ عبارتند از:
کلاس: ماژول های سیستم
نمونه: شیء ای از کلاس می باشد که می تواند توسط نخ ها احضار شود.
بنابراین برای نوشتن برنامه کاربردی در ابرها، برنامه نویس یک یا چند کلاس را تعریف می کند و داده ها و کدهای برنامه را درون این کلاس ها قرار می دهد. برنامه برای اجرا شدن نخی ایجاد می کند که متد اصلی شیء اجرا کننده برنامه را احضار می کند. اشیاء دارای نام هایی می باشند که برنامه نویس هنگام تعریف شیء برای آن ها مشخص کرده است و این نام ها بعدا به نام سیستمی شیء تبدیل می شوند.
معماری سیستم عامل ابری
دراین بخش معماری سیستم عامل های ابری را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل شماره 2-9 مدلی منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری را نمایش می دهد. یک پروسه ابری به مجموعه ای از اشیاء ابری اطلاق می شود که با هم یک برنامه کاربردی را تشکیل می دهند.

شکل شماره 2-9 : مدل منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری[6]
فضای هسته ابر به تعدادی از پروسه های ابری که عملیات کنترل دسترسی ها، تخصیص حافظه و محاسبات مقدار منابع لازم را انجام می دهند گفته می شود. مابقی پروسه ها که مربوط به فضای هسته ابر نیستند، فضای کاربر را تشکیل می دهند. پروسه های ابری فضای کاربر که مستقیما توسط خود کاربر اجرا می شوند برنامه های کاربران نامیده می شوند و کتابخانه های ابری، پروسه های ابری می باشند که توسط برنامه های کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. این برنامه ها از طریق مجموعه ای از واسط های استاندارد به نام فراخوانی های سیستمی ابر با کتابخانه ها و پروسه های هسته ارتباط برقرار می کنند. تمامی اشیاء موجود در فضای کاربر برای گرفتن دستورات از سیستم عامل از یک دستگیره فراخوانی استفاده می کنند، بدین معنی که برای مدیریت شدن از طریق یک واسط تحت شبکه قابل دسترسی می باشند که ارتباط میان اشیاء و آدرس آن ها در شبکه توسط پروسه های ابری «مدیریت پروژه» و «مدیریت ماشین مجازی» موجود در فضای هسته انجام می گیرند. اطلاعات نهایی نیز توسط پروسه ابری «کتابخانه نامگذاری» در دسترس قرار می گیرد. قابلیت دسترسی تمامی عملیات مدیریتی را پروسه ابری «اعتباردهی» مورد بررسی قرار می دهد و عملیات محاسبه میزان منابع مورد نیاز در هر لحظه نیز بر عهده پروسه ابری «اندازه گیری» می باشد. البته قابل ذکر است که مفروضات لحاظ شده در شکل شماره 2-4 تعداد اندکی از محدودیت های موجود در ابرها را در نظر گرفته است و کامل نمی باشد[6].
برخی سیستم عامل های ابری موجود(سیستم عامل های مبتنی بر وب)
سیستم عامل های وب روش بسیار مناسبی برای دستیابی به همه داده های شما در همه جای دنیا هستند (مشروط بر اینکه کامپیوتری با یک اتصال به اینترنت و یک مرورگر وب وجود داشته باشد). چنانچه تعدادی کامپیوتر داشته باشید، اما بخواهید همه اطلاعات را در یک جا نگهدارید و از برنامه های کاربردی مورد علاقه خود نیز استفاده کنید، این سیستم عامل ها بسیار سودمند هستند. اکنون در این مرحله ممکن است این سوال مطرح شود که چرا سیستم عامل وب؟. اساساً، یک سیستم عامل وب چیزی شبیه یک سیستم عامل روی اینترنت است. سیستم عامل وب، دسکتاپ مجازی شماست که به هیچ مکان فیزیکی متصل نیست و این امکان را به شما می دهد که در هر جایی از دنیا با کمک یک مرورگر به آن دستیابی داشته باشید. اجازه دهید تا از بین سیستم عامل های وبی که وجود دارد به بیان ویژگی های چند مورد از آنها بپردازیم.
سیستم عامل iCloud
سیستم عامل iCloud، مزایای بسیار زیادی دارد، علاوه بر اینکه هر برنامه ای که نیاز داریم در آن موجود است، 50 گیگابایت فضای ذخیره سازی آنلاین، به اشتراک گذاری آسان و ویژگی های افزایش برنامه های کاربردی را دارد. این سیستم عامل دارای ویژگی هایی مانند زیر است:
سیستم فایل آنلاین برای ذخیره سازی انواع فایل ها.
پشتیبان DAV وب از طریق ویندوز اکسپلورر امکان دستیابی مستقیم به انباره icloud شما را فراهم می کند.
برنامه های بهره وری- نوشتن، پست الکترونیکی ( که با همه حساب های پست الکترونیکی شما به اضافه یک حساب icloud رایگان هماهنگی دارد)، تماس ها، ToDo، ماشین حساب، دفترچه یادداشت، آنزیپ (فایل های حاوی داده های فشرده را از هم باز می کند).
عکس ساز با قابلیت به اشتراک گذاری، مدیا پلیر iplay، مووی پلیر، و حتی رادیو.
IM و یک مرورگر وب[8].
69850069596000تصویری از این سیستم عامل را در شکل 2-10 مشاهده می کنید.
شکل شماره 2-10: نمایی از سیستم عامل icloud
سیستم عامل GlideOS

bew144

2-5-4 الگوی گارتنر ...........................................................................................................................13
2-5-5 الگوی میسرا و دینگرا...............................................................................................................15
2-5-6 الگوی ایالت یوتا......................................................................................................................16
2-5-7 الگوی گروه مشاوره دلویت و تاچ...........................................................................................17
2-5-8 الگوی نقشه راه تجارت الکترونیکی.........................................................................................18
2-5-9 الگوی دموکراسی الکترونیکی...................................................................................................19
2-5-10 الگوی بلوغ دو بعدی.............................................................................................................19
2-6 محرک های تجارت الکترونیک....................................................................................................21
2-6-1 الگوهای تجارت الکترونیک.....................................................................................................23
2-7 مفهوم دولت الکترونیک................................................................................................................23
2-7-1 مراحل دولت الکترونیک .........................................................................................................25
2-7-2 فرایند استقرار دولت الکترونیک ..............................................................................................25
2-7-3 شرایط اجرای موفق استراتژی دولت الکترونیک .....................................................................26
2-8 دولت الکترونیک در ایران.............................................................................................................33
2-9 بکارگیری تجارت الکترونیکی در شرکتها و موسسات..................................................................36
2-9-1چالشهای SME ها در پذیرش و استفاده از ICT و تجارت الکترونیکی................................40
2-9-2 مزایای استفاده از تجارت الکترونیکی در SMES....................................................................41
2-9-3 مشکلات SME ها در پذیرش تجارت الکترونیکی ...............................................................42
سیاستهای حمایتی از SMEها در توسعه تجارت لکترونیکی.................................................48
تجربه کشورها در حمایت از SMEs برای استفاده از تجارت الکترونیکی............................50
2-9-5-1 تجربه انگلستان ................................................................................................................50
2-9-5-2 تجربه یونان ...................................................... ................................................................54
2-9-5-3 تجربه اسکاتلند: .................................................................................................................57
2-9-5-4 تجربه آلمان ........................................ ..............................................................................58
2-9-5-5 تجربه اتحادیه اروپا...................................................... .......................................................60
2-9-5-6 تجربه فنلاند................................................................ .......................................................61
2-9-5-7 تجربه دانمارک............................................................. .......................................................63
2-9-5-8 تجربه مکزیک.............................................................. .......................................................65
2-9-5-9 تجربه ژاپن.................................................................. .......................................................66
2-9-5-10 تجربه ایالات متحده.................................................. .......................................................67
پیشینه تحقیق. ................................................................. .......................................................68
2-10-1 پژوهش های داخلی........................................................ .......................................................68
2-10-2 پژوهش های خارجی.............................................................................................................69
فصل سوم: روش تحقیق
3-1 مقدمه............................................................................................................................................72
3-2 نوع تحقیق...................................................................................................................................72
3-3 جامعه آماری و حجم نمونه .........................................................................................................72
3-4 روش گردآوری اطلاعات ............................................................................................................73
3-5 ابزار گردآوری اطلاعات .............................................................................................................73
3-6روایی و پایایی ..............................................................................................................................73
3-7 روش تجزیه و تحلیل اطلاعات...................................................................................................74
فصل چهارم: تجزیه وتحلیل داده ها
4-1- مقدمه.........................................................................................................................................76
4-2- آمار توصیفی...............................................................................................................................76
4-2-1جنسیت افراد.............................................................................................................................76
4-2-3 سن افراد پاسخگو....................................................................................................................77
4-2-2 وضعیت تحصیلی.....................................................................................................................78
4-2-4 سابقه خدمت...........................................................................................................................79
4-3 آزمون کولموگوروف اسمیرنوف...................................................................................................80
4-4-1 آزمون فرضیه اول.....................................................................................................................81
4-4-2 آزمون فرضیه دوم.....................................................................................................................82
4-4-3 آزمون فرضیه سوم....................................................................................................................84
4-4-4 آزمون فرضیه چهارم.................................................................................................................85
فصل پنجم: نتایج وپیشنهادات
5-1 مقدمه.........................................................................................................................................88
5-2 بیان نتایج...................................................................................................................................88
5-2-1 نتیجه فرضیه اول......................................................................................................................88
5-2-2 نتیجه فرضیه دوم......................................................................................................................89
5-2-3 نتیجه فرضیه سوم.....................................................................................................................89
5-2-4 نتیجه فرضیه چهارم..................................................................................................................90
5-3 پیشنهادهای مبتنی بر یافته های پژوهش......................................................................................91
5-4 راهکارهای اجرایی برای رفع موانع...............................................................................................92
5-5 توصیه به پژوهشگران....................................................................................................................92
5-6 محدویت ها و موانع پژوهش.....................................................................................................93
منابع وماخذ
الف : منابع فارسی.................................................................................................................................94
ب : منابع انگلیسی................................................................................................................................95
پیوست ها ............................................................................................................................................96
فهرست جداول
جدول (2-1 )خدمات اصلی دولت..................................................................................................... 33
جدول (3-1)نتایج حاصل از آزمون آلفای کرونباخ برای پرسشنامه موانع تجارت الکترونیک..............74
جدول (4-1) وضعیت پاسخگویان بر حسب جنس.............................................................................76
جدول (4-2) وضعیت پاسخگویان بر حسب سن................................................................................77
جدول (4-3) وضعیت پاسخگویان بر حسب تحصیلات......................................................................78
جدول (4-4) وضعیت پاسخگویان بر حسب سابقه خدمت.................................................................79
جدول (4-5) نتایج آزمون تک نمونه برای بررسی فرضیه فقدان منابع مالی و بکار گیری تجارت الکترونیک.............................................................................................................................................82
جدول (4-6) نتایج آزمون تک نمونه برای بررسی فرضیه مشکلات فنی در اداره امور مالیاتی و بکار گیری تجارت الکترونیک .....................................................................................................................83
جدول (4-7) نتایج آزمون تک نمونه برای بررسی فرضیه موانع رفتاری/ فرهنگی در اداره امور مالیاتی و بکار گیری تجارت الکترونیک...........................................................................................................84
جدول (4-8) نتایج آزمون تک نمونه برای بررسی فرضیه عدم آمادگی و تمایل مشتریان و بکار گیری تجارت الکترونیک.................................................................................................................................85
جدول (4-9) نتایج آزمون اولویت یابی فریدمن برای شاخص های دخیل در بلوغ تجارت الکترونیک..........86
فهرست نمودار ها
نمودار (4-1) وضعیت پاسخگویان بر حسب جنس.............................................................................77
نمودار (4-2) وضعیت پاسخگویان بر حسب سن ...............................................................................78
نمودار (4-3) وضعیت پاسخگویان بر حسب تحصیلات.....................................................................79
نمودار (4-4) وضعیت پاسخگویان بر حسب سابقه خدمت.................................................................80


فهرست شکل ها
شکل (2-1) تعریف کسب و کار الکترونیکی و تجارت الکترونیکی......................................................8
شکل(2-2) مراحل مختلف مدل های یازده گانه بلوغ تجارت و دولت الکترونیک..............................20
شکل(2-3) مراحل توسعه تجارت الکترونیکی در شرکتهای کوچک و متوسط....................................38
شکل(2-4) مراحل توسعه تجارت الکترونیکی در شرکتهای کوچک و متوسط....................................40
شکل(2-5) موانع بکار گیری تجارت الکترونیکی در شرکتهای کوچک و متوسط برخی کشورهای امریکای جنوبی.................................................................................................................................... 45

چکیده:
پژوهش حاضر با هدف تعیین موانع بلوغ بکارگیری نظام الکترونیکی در اداره امور مالیاتی استان ایلام انجام گرفت. جامعه آماری این پژوهش تمامی مدیران، کارکنان و سرپرستان واحدهای مختلف درسطوح مختلف سازمانی در اداره امور مالیاتی استان ایلام می باشد. حجم کل جامعه آماری برابر با 230 نفر ( 230= N ) بوده که حجم نمونه آماری با استفاده از جدول مورگان برابر 146نفر به دست آمد. در این پژوهش جهت جمع آوری داده ها از پرسشنامه عزیزی و حسینی شامل 21سوال و 4 مولفه استفاده گردید. روایی این پرسشنامه از طریق روایی صوری و محتوایی تایید و پایایی آن با استفاده از آلفای کرونباخ 832/ برآورد شد. به منظور بررسی موضوع چهار فرضیه‌ تدوین شد و به منظور تجزیه و تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده از آزمونT استفاده گردیده، نتایج به دست آمده نشان داد که: نبود منابع مالی لازم موجب بکارگیری نظام الکترونیکی در اداره امور مالیاتی استان ایلام نمی شود. مشکلات فنی، موانع رفتاری/ فرهنگی و عدم آمادگی و تمایل مشتریان در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع بکارگیری تجارت الکترونیکی می شود.
کلمات کلیدی: نظام الکترونیکی، بلوغ نظام الکترونیکی ، اداره امور مالیاتی ، استان ایلام.
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1مقدمه
پیشرفت فناوری ارتباطات و اطلاعات در سایه تحول علم کامپیوتر سبب تغییرات شگرفی در دنیای کسب و کار شده است. اگر چه بحران شرکت های فعال در تجارت الکترونیکی و اصطلاحا شرکت های دات کام در سال های اخیر موجب تردید در مورد مزایا و کارایی تجارت الکترونیکی شده است اما باید توجه داشت که ادامه حیات تجاری در دنیای الکترونیکی نیاز به قابلیت های الکترونیکی دارد(حنفی زاده،1390). برای موفقیت در دنیای الکترونیکی و تجارت الکترونیکی اولین و مهمترین گام برنامه ریزی جهت شناسایی موانع، بکارگیری تجارت الکترونیکی می باشد. سازمان ها برای طراحی و اجرای مناسب استراتژی های بکارگیری EC نیاز به آگاهی از موانع بکارگیری تجارت الکترونیکی دارند. این موانع هم حالت داخلی و هم خارجی دارند. برای بکارگیری موفقیت آمیزEC سازمان باید مجموعه ای از منابع و قابلیت های داخلی را دارا باشد، همچنین باید زیرساختارهای لازم محیطی و خارجی که مربوط به مسا ئلی از قبیل زیرساختار حقوقی و قانونی، آمادگی و قابلیت لازم شرکاء و فضای رقابتی مناسب وجود داشته باشند. در ایران بکارگیری تجارت الکترونیکی در مراحل مقدماتی قرار دارد و عمدتاً به عنوان ابزار تبلیغاتی تلقی می گردد. برای این که یک سازمان بتواند از این مرحله فراتر برود و مزایای متعددEC را جذب نماید باید موانع مربوطه را شناسایی کند (سهرابی و خانلری ، 1389) .
در این فصل ابتدا به بیان مسئله و ضرورت انجام پژوهش پرداخته می شود سپس فرضیات، اهداف پژوهش و تعریف واژگان خواهد آمد.
1-2 بیان مسئله تحقیق
پیشرفت های صورت گرفته در زمینه فناوری اطلاعات و ارتباطات و همچنین پیدایش اینترنت، مفاهیم جدیدی را با خود وارد دنیای کسب و کار و مدیریت کرده اند که از آن جمله می توان به سازمان های مجازی، تجارت الکترونیکی، کسب و کار الکترونیکی و بسیاری مفاهیم الکترونیکی دیگر اشاره کرد. رشد و پیشرفت فناوری اطلاعات در حال متحول کردن اقتصاد است . جستجو برای دستیابی به روش های کاراتر برای انجام امور تجاری منجر به ایجاد انقلابی در عرصه تجارت شده است . این انقلاب را تجارت الکترونیکی نامیده اند.
مک گریگور و ورازلیک (2009)معتقدند که تجارت الکترونیکی می تواند به عنوان مزیت رقابتی مطرح گردد، زیرا باعث کاهش هزینه ها و دستیابی به مشتریان بالقوه در سراسر جهان می گردد. این محققان موانع را در دو گروه خیلی سخت و گروه نامتناسب نامگذاری کردند .
باتوجه به مسایل ذکر شده سوال اصلی پژوهش حاضر این است که موانع بلوغ تجارت الکترونیک اداره امور مالیاتی ایلام کدامند ؟
410845410210نبود منابع مالی
مشکلات فنی
موانع رفتاری/ فرهنگی
عدم آمادگی و تمایل مشتریان
بکارگیری نظام الکترونیکی
00نبود منابع مالی
مشکلات فنی
موانع رفتاری/ فرهنگی
عدم آمادگی و تمایل مشتریان
بکارگیری نظام الکترونیکی
1-2-1 مدل مفهومی پژوهش
1-3ضرورت انجام تحقیق
بحث تجارت الکترونیکی اکنون در صدر اولویت های سازمان های متفاوت قرارگرفته است. هر سازمانی که توجه لازم را به تجارت الکترونیکی نداشته باشد در کوتاه مدت با کاهش سودآوری و در بلندمدت با احتمال حذف حیات خود روبرو می شود. به همین دلیل برنامه ریزی در راستای بکارگیری EC یکی از اقدامات استراتژیک سازمان ها می باشد. یکی از مهمترین مراحل در برنامه ریزیEC شناسایی موانع بکارگیری آن، در سازمان و ارایه راهکارهای اجرایی برای رفع آنها می باشد. در این راستا در این تحقیق به شناسایی موانع بکارگیری تجارت الکترونیک در اداره امور مالیاتی ایلام پرداخته و راهکارهای اجرایی برای رفع آنها بیان می گردد.
1-4اهداف تحقیق
هدف این تحقیق عبارت است از بررسی موانع بکارگیری نظام الکترونیکی در اداره امور مالیاتی استان ایلام و ارائه راهکارهای اجرایی برای رفع آنها که از ترکیب دو هدف زیرحاصل می شود:
۱- بررسی موانع ومحدودیت های بکارگیری تجارت الکترونیکی در اداره امور مالیاتی استان ایلام
۲- ارائه راهکارهای اجرایی و عملی برای رفع یا کاهش آن موانع.
1-5 سوالات پژوهش
1-آیا نبود منابع مالی لازم در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد؟
2-آیا مشکلات فنی در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد؟
3-آیا موانع رفتاری/ فرهنگی در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد؟
4-آیا عدم آمادگی و تمایل مشتریان اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد؟
1-6 فرضیه‏های تحقیق
1-نبود منابع مالی لازم در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد.
2-مشکلات فنی در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد.
3-موانع رفتاری/ فرهنگی در اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد.
4-عدم آمادگی و تمایل مشتریان اداره امور مالیاتی استان ایلام مانع از بکارگیری نظام الکترونیکی می باشد.
1-7تعاریف واژگان
تجارت الکترونیک:
تعریف مفهومی:
تجارت الکترونیکی راه و روش جدید کسب و کار بصورت الکترونیکی و با استفاده از شبکه ها و اینترنت می باشد در این روش فرایند خرید و فروش یا تبادل محصولات، خدمات و اطلاعات از طریق شبکه های کامپیوتری و مخابراتی از جمله اینترنت صورت می گیرد (حنفی زاده ، 1390).
بلوغ تجارت الکترونیک
تعریف مفهومی:
بلوغ تجارت الکترونیکی شرکتها را می توان تناسب درجه آمادگی الکترونیکی شرکتها در تجارت الکترونیکی دانست (حاجی کریمی،1387).
تعریف عملیاتی:
میزان بلوغ تجارت الکترونیک با عواملی هم چون آیا سازمان نرم افزار و سخت افزارهای لازم را خریداری می کند؟آیا سازمان جهت آموزش کارکنان هزینه های لازم را انجام می دهد؟ آیا سازمان هزینه های اشتراک اینترنت را می پردازد؟ آیا سازمان هزینه های نگهداری مداوم را می پردازد؟ آیا استانداردهای ایمنی پذیرفته شده در فضای اینترنتی وجود دارد؟ و هزینه خرید و نصب نر م افزار و سخت افزار، هزینه آموزش کارکنان، نبود سیستم مناسب برای شناسایی هویت طرف مقابل در فضای اینترنتی و هزینه اشتراک اینترنت و ... سنجیده می شود. که توسط پرسشنامه سنجیده می شود.
فصل دوم
ادبیات و پیشینه پژوهش
2-1 مقدمه
به کارگیری نوآوری های فناوری در زمینه های تجاری تأثیرات شگرفی داشته است .به کارگیری نوآوریهای فناوری نوعی تغییر است که بر فراگردها و اجزا ی نظام تجاری تأثیر گذار بوده و جهت این تاثیرات نیز معمولا مثبت است. یکی از نوآوریهای مذکوربه کارگیری ابزارهای الکترونیکی و به ویژه اینترنت در نظام تجاری است. این نوآوری و تغییر که تجارت الکترونیکی نام دارد مزایای متعددی برای سازمانها به همراه دارد، به همین دلیل بسیاری از شرکتها نسبت به استفاده از آن تمایل دارند. بکارگیری تجارت الکترونیکی اکنون یک گزینه اختیاری نیست بلکه نوعی اجبار است و شرکتها ناگزیر از به کارگیری آن هستند(پورتر،2009).
هدف از این بخش بررسی پژوهش ها و مطالعاتی است که در زمینه نظاه الکترونیکی و تجارت الکترونیک انجام گرفته است. این قسمت از تحقیق خواننده را با کارها و زمینه های قبلی و همچنین با حیطه موضوع مورد مطالعه آشنا می سازد. این فصل به دو بخش تقسیم شده است. در بخش اول به مطالعه مبانی نظری و تحقیق های انجام شده در ارتباط با موضوع و در بخش دوم مبانی نظری و مطالعات و بررسی های انجام شده ذکر می شود، در نهایت به جمع بندی فصل پرداخته می شود.
بخش اول: مبانی نظری تجارت الکترونیک
2-2 تجارت الکترونیکی چیست؟
پیشرفت های صورت گرفته در زمینه فناوری اطلاعات و ارتباطات و همچنین پیدایش اینترنت، مفاهیم جدیدی را با خود وارد دنیای کسب و کار و مدیریت کرده اند که از آن جمله می توان به سازمان های مجازی، تجارت الکترونیکی، کسب و کار الکترونیکی و بسیاری مفاهیم الکترونیکی دیگر اشاره کرد. رشد و پیشرفت فناوری اطلاعات در حال متحول کردن اقتصاد است. جستجو برای دستیابی به روش های کاراتر برای انجام امور تجاری منجر به ایجاد انقلابی در عرصه تجارت شده است. این انقلاب را تجارت الکترونیکی نامیده اند. به طور کلی تجارت الکترونیکی عبارت است از خرید و فروش کالاها، خدمات و اطلاعات با استفاده از شبکه های کامپیوتری از جمله اینترنت(توربان،2002).
2-3 تعریف و تبیین مفهوم تجارت الکترونیکی
تعاریف زیادی از تجارت الکترونیکی ارائه شده است. بسیاری نویسندگان معتقدند تجارت الکترونیکی هرگونه مبادله‌ و یا تراکنشی است که بین سازمان و یک عنصر محیطی نظیر مشتری، شرکتهای همکار و یا دولت با استفاده از ابزارهای الکترونیکی اتفاق می‌افتد. برخی دیگر نیز آنرا فقط شامل خرید و فروش الکترونیکی کالا برروی شبکه‌های الکترونیکی و کامپیوتری می‌دانند (توربان 2002، استینفلد 1998، زواس 1998). به‌عنوان مثال توربان (2011) معتقد است تجارت الکترونیکی عبارتست ازفرایند مبادله کالا، خدمات و اطلاعات از طریق شبکه‌های رایانه‌ای از جمله اینترنت.
بر این اساس، در این تعریف تجارت الکترونیکی و کسب و کار الکترونیکی بر دو محور اساسی فرآیندها و فناوری اطلاعات استوار می‌باشد.
807720113665مبادله
کسب و کار (CRM,SCM,ERP)
تک رسانه‌ای، یک طرفه، غیر فراگیر، محلی، غیر تعاملی
چندرسانه‌ای، دوطرفه، فراگیر، جهانی ، تعاملی
تعداد و نوع
فعالیتهای
تجاری
نوع و تعداد ابزارهای الکترونیکی مورد استفاده
کسب و کار الکترونیکی کامل
تجارت*
00مبادله
کسب و کار (CRM,SCM,ERP)
تک رسانه‌ای، یک طرفه، غیر فراگیر، محلی، غیر تعاملی
چندرسانه‌ای، دوطرفه، فراگیر، جهانی ، تعاملی
تعداد و نوع
فعالیتهای
تجاری
نوع و تعداد ابزارهای الکترونیکی مورد استفاده
کسب و کار الکترونیکی کامل
تجارت*

3850005214630تجارت الکترونیکی کامل
00تجارت الکترونیکی کامل

*(قرارداد، مذاکره، مناقصه،مزایده، پرداخت، سفارش، تحویل و...)
شکل (2-1) تعریف کسب و کار الکترونیکی و تجارت الکترونیکی( توربان، 2011).
در این تعریف، مبادله الکترونیکی عبارت است از انتقال مالکیت جنس و یا تحویل خدمات در مقابل دریافت پول از طریق ابزارهای پیشرفته اطلاعاتی و ارتباطی. در این تعریف مبادله الکترونیکی، هیچگونه فرآیند و یا فعالیت دیگری را غیر از انتقال پول و انتقال مالکیت یا ارائه خدمات پوشش نمی‌دهد. با افزایش اهمیت و یا تعدد مبادلات الکترونیکی، یکسری فعالیت های پشتیبانی در حمایت از مبادله نیاز است (نظیر قرارداد، مناقصه، مزایده و...)، که آنرا بازرگانی و یا تجارت الکترونیکی گویند. بنابراین تجارت الکترونیکی شامل انجام هریک از فعالیتهای قرارداد، مذاکره، مناقصه، پرداخت، سفارش، تحویل و... از طریق فناوری‌های پیشرفته اطلاعاتی و ارتباطاتی است. برای پشتیبانی از بازرگانی یا تجارت یکسری فرآیندهای تکمیلی نظیر مدیریت ارتباط با مشتری، مدیریت زنجیره عرضه و طرح‌ریزی منابع داخلی لازم است. انجام هریک از این فرآیندها از طریق ابزارهای پیشرفته اطلاعاتی و ارتباطی را کسب وکار الکترونیکی گویند. منظور از ابزارهای پشرفته اطلاعات و ارتباطات ابزارهایی است که حداقل 60 درصد از ویژگی‌های فناوری‌های نو نظیر جهانی بودن، دوطرفه بودن، چندرسانه‌ای بودن ، فراگیر بودن و تعاملی بودن را دارا باشد. عقیده بر آن است که بیشترین امتیاز را از این ویژگی‌ها، اینترنت و کمترین امتیاز را شاید بتوان گفت ارتباطات رو در رو به خود اختصاص می‌دهد(توربان، 2011).
همانند اکثر مفاهیم و اصطلاحات کسب و کار واژه تجارت الکترونیکی از نظر معنی با کثرت تعاریف روبرو بوده و تعریف واحدی از آن ارائه نشده است چافی (2002) تجارت الکتر ونیکی را خرید و فروش محصولات از طریق شبکه اینترنت می داند.
کالاکوتا و وینستون(1997) تجارت الکترونیکی را از چهار دیدگاه تعریف می کنند:
1- دیدگاه ارتباطات: تجارت الکترونیکی یعنی انتقال اطلاعات، کالاها، خدمات و یا پرداخت وجه توسط وسایل الکترونیکی.
2- دیدگاه بهنگام : تجارت الکترونیکی یعنی خرید و فروش اطلاعات و کالاها بصورت بهنگام.
3- دیدگاه خدماتی: تجارت الکترونیکی ابزاری است که به طور هم زمان باعث کاهش هزینه و افزایش سرعت و کیفیت می گردد.
۴ -دیدگاه فرآیند تجاری: تجارت الکترونیکی یعنی خرید و فروش اطلاعات و کالاها به صورت به هنگام.
همان گونه که مشاهده می شود درتعاریف EC نوعی واگر ایی مشاهده می شود.
ویگاند(1997) و کولچیا (2000) عمده ترین دلایل این عدم توافق و واگرایی را در موارد زیر می دانند:
۱- تنوع شغل و تخصص محققان تجارت الکترونیکی،
۲- جهت گیری حرفه ای فرد محقق،
۳- نوع فناوری اطلاعات بکارگرفته شده،
4- کالاها و خدماتی که هسته اصلی تعریف EC را تشکیل می دهند.
بلوغ تجارت الکترونیکی شرکتها را می توان تناسب درجه آمادگی الکترونیکی شرکتها در تجارت الکترونیکی دانست (حاجی کریمی،1387).
با استفاده از مدلهای تجارت الکترونیکی می توان وضعیت موجود یک کسب و کار را استخراج کرده و بر مبنای آن ،وضعیت مطلوب را نیز مشخص کرد سپس استراتژی های گذار و دستیابی را شناسایی کرد(حسنقلی پور، 1390).
تاتگلو و کولا(2011) عوامل تاثیر گذار بر تمایل سازمانها در استفاده از تجارت الکترونیکی را شامل موارد توسعه بازار،کارایی فروش و ترفیع، قابلیت دسترسی آسان ،کاهش هزینه می دانند .
جاوالگی و رامسی (2012) در پژوهش خود به بررسی عوامل زیر ساختی موثر بر تجارت الکترونیکی پرداختند و این عوامل را در چهار دسته، زیر ساخت تجاری، زیر ساخت فرهنگی و اجتماعی، زیر ساخت دولتی و قانونی، زیر ساخت فناوری اطلاعات و ارتباطات دسته بندی نمودند .
2-4 تاریخچه تجارت الکترونیکی
سالها از اختراع تلفن توسط الکساندرگراهام بل می گذرد . اختراع بل در سال ١٨٧۶ ، تجارت الکترونیکی را به گونه ای که امروز شناخته می شود، پی ریزی کرد . برخی براین عقیده اند که به کارگیری عدد بی اهمیت صفر ( ٠) در محاسبات رقمی، ستون فقرات تجارت الکترونیکی است که از شبه قاره هند سرچشمه می گیرد. تجارت الکترونیکی در شکلی که امروزه شیوه کارکردن همه ما را متحول کرده است، ریشه در همگرایی خلاق کامپیوتر و تلفن دارد . امروزه پست الکترونیکی تبدیل به یکی از عمومی ترین ابزارهای تجاری و کسب اطلاعات از طریق جستجوی سایت های وب، شده است . این امکان عملا تحت تأثیر همگرایی خلاق تلفن و کامپیوتر، به واسطه اینترنت در اختیار جامعه قرار می گیرد . تاریخچه تجارت الکترونیکی به شکل امروزین آن، ریشه در دو پدیده دارد: اینترنت و مبادله الکترونیکی داده ها(EDI) منشاء زمانی هر دو این پدیده ها به دهه ١٩۶٠ باز می گردد(حسنقلی پور، 1384).
2-5 الگوهای مختلف بلوغ تجارت الکترونیکی
نظریه پردازان تجارت و دولت الکترونیک، مدل های مختلفی را برای بلوغ الکترونیکی این فرایندها ارایه کرده اند . به طور کلی با استفاده از مدل های بلوغ تجارت و دولت الکترونیکی می توان وضعیت موجود یک کسب وکار را استخراج کرده و بر مبنای آن، وضعیت مطلوب ر ا نیز مشخص کرد . سپس استراتژی های گذار و دستیابی به وضعیت مطلوب را شناسایی کرد (خاکی، 1372) در این بخش مدل های مختلف بلوغ که توسط صاحب نظران ارایه شده است، به صورت مختصر مورد بررسی قرار می گیرد.
2-5-1 الگوی آسیای جنوب شرقی و اقیانوسیه
در این مدل، مراحل بلوغ دولت الکترونیکی آسیای جنوب شرقی و اقیانوسیه در شش مرحله به ترتیب زیر ارایه شده است: (وسکوت، 2001)
١. راه اندازی سیستم پست الکترونیکی و شبکه داخلی
٢. ایجاد امکان دسترسی عمومی و بین سازمانی به اطلاعات
٣. ایجاد امکان ارتباط دو طرفه
۴. امکان تبادل ارزش
۵. دموکراسی دیجیتالی
۶. دولت یک پارچه
2-5-2 الگوی سازمان ملل برای بلوغ تجارت الکترونیکی
سازمان ملل متحد برای شناسایی سطح بلوغ تجارت الکتر ونیکی در سازمان ها، در سال ٢٠٠٠ مدلی پنج مرحله ای با عنوان مدل بلوغ تجارت الکترونیکی معرفی کرده است . تأکید این مدل که از دیدگاه کاربردی برخوردار است، بر کاربران و تعداد و نوع خدماتی است که این پنج مرحله عبارتند از: (سازمان ملل متحد،2000) .
*مرحله اول، حضور اولیه: در مرحله حضور اولیه، سازمان به حضور در وب و ایفای نقش در تجارت الکترونیکی متعهد می شود . به صورت ایستا در وب حضور پیدا کرده و اطلاعات بسیار کمی به کاربران ارایه می کند و سایت سازمان بسیار کم به روز می شود . از جنبه دولت الکترونیکی، کشور متعهد می شود تا وارد حوزه دولت الکترونیکی شود . سایت های رسمی ولی محدود و مستقل از یکدیگر به وجود می آیند، که اطلاعات سازمانی و سیاست های آن سازمان را به صورتی ایستا در اختیار کاربران قرار می دهند.
*مرحله دوم، توسعه : در مرحله توسعه حجم و به روز بودن اطلاعات و تعدا د صفحات وب افزایش می یابد . همراه با افزایش تعداد وب سایت های دولتی، حضور دولت بر شبکه افزایش می یابد . محتویات وب سایت ها شامل اطلاعات پویاتر و ویژه تری می شود و به طور مداوم و مستمر به روز می شود . علاوه بر این، سایت ها ممکن است به سایت های دیگر نیز اتصال داشته باشند.
*مرحله سوم، تعاملی : در حالت تعاملی وضعیت بهتر از دو حالت قبلی می شود، کاربران می توانند با سازمان ارتباط برقرار کرده، درخواست کرده و فرم هایی را از سایت دریافت کنند . در این مرحله حضور دولت در شبکه وب جهانی به میزان فراوانی گسترش می یابد و حجم وسیعی از موسسات و خدمات دولتی بر روی شبکه قابل دسترسی خواهند بود.
*مرحله چهارم، مبادله ای : مبادله کالا، مباحث امنیتی و خرید محصولات در این مرحله محقق می شوند. امکان انجام مبادلاتی مانند دادن روادید، گذرنامه، ثبت وفات و تولد، اعطای گواهینامه ها، که به ا منیت و محرمانه بودن نیاز دارند، به صورت کامل از طریق اینترنت وجود دارد . در این مرحله کاربر می تواند بهای خدمات و کالاها، صورت حساب ها و مالیات را به صورت به هنگام بپردازد . امضای دیجیتالی نیز به منظور تسهیل تشریفات کار و ایجاد ارتباط با دولت، مورد استفاده قرار میگیرد.
*مرحله پنجم، یکپارچه : مرحله بی سیم مرحله ای کاملا یک پارچه از کارکردهای الکترونیکی و ارایه خدمات بین بخش هاست. در این مرحله ظرفیت کامل خدمات به صورت « بسته واحد » وجود دارد و کاربران همه نوع خدمات را می توانند از سازماندریافت کنند . از جنبه د ولت الکترونیکی، در این مرحله تمامی خدمات دولتی از طریق دولت الکترونیکی ارایه می شود( سازمان ملل متحد،2000).
2-5-3 الگوی مراحل رشد فناوری اطلاعات نولان
نولان در سال ١٩٧٩ مراحل رشد سیستم های اطلاعاتی در سازمان ها را در شش مرحله معرفی کرد. این شش مرحله عبارتند از:
١. ابتدایی،
٢. بسط و توسعه،
٣. کنترل،
۴. یک پارچه سازی،
۵. مدیریت داده ها و
6.بلوغ
2-5-4 الگوی گارتنر
در سال ٢٠٠٢ دو مدل توسط گروه کاری گارتنر توسعه داده شد. یکی برای پیاده سازی تجارت الکترونیکی و دیگری برای بلوغ دولت الکترونیکی، که هر دو در چهار سطح انجام می شوند.
2-5-4-1 الگوی بلوغ دولت الکترونیکی گارتنر
چهار سطح مدل بلوغ دولت الکترونیکی گارتنر عبارتند از:
*مرحله اول، اطلاع رسانی مرحله ابتدایی اجرای دولت الکترونیکی، حضور بر روی وب و فراهم آوردن اطلاعات مربوطه برای استفاده عمومی است. شکل وب سایت در این مرحله شبیه به یک کتاب راهنماست.
*مرحله دوم، تعامل: در مرحله دوم، تعامل بین دولت، بخش بازرگانی و شهروندان تشویق می شود . مردم می توانند از طریق پست الکترونیکی از مراکز دولتی اطلاعات لازم را اخذ کنند . در این مرحله، امکان استفاده از موتورهای جستجو برای کسب اطلاعات و امکان بارگذاری کردن اسناد و فرم های مربوطه وجود خواهد داشت.
*مرحله سوم، مبادله (تراکنش): در این مرحله، پیچیدگی فناوری افزایش می یابد و همراه با آن ارباب رجوع نیز منتفع می شود و مبادلات با حجم زیاد و پیچیده نیز بدون مراجعه به دفاتر دولتی قابل اجراست . به طور مثا ل خدمت رسانی به هنگام، پرداخت مالیات، تمدید یا اخذ مجوزها، اخذ گذرنامه و روادید و رأی گیری به هنگام در این مرحله صورت می گیرد.
*مرحله چهارم، تغییر شکل : در این فاز، همه سیستم های اطلاعاتی یک پارچه اند و مردم امکان استفاده از خدمات دولت را از یک مکان مجازی خواهند داشت . بهترین پیچیدگی موجود در این مرحله، مربوط به بخش داخلی است که نیازمند تغییر اساسی در فرهنگ سازمانی، فرآیندها و مسئولیت ها در درون دولت است . کارمندان دولت در بخش های مختلف باید با یکدیگر به شکل کاملا خودکار کار کنند . در این مرحله صرفه جویی در هزینه ها و کارایی و رضایت مشتری به بالاترین حدممکن می رسد(گارتنر،2002) .
2-5-4-2 الگوی بلوغ تجارت الکترونیکی گارتنر
چهار سطح مدل بلوغ تجارت الکترونیکی گارتنر عبارتند از
*سطح یک، حضور اولیه: در این مرحله از اینترنت برای ارایه اطلاعات شرکت و بروشورهای آن استفاده می شود و بیشتر جنبه اطلاع رسانی دارد.
*سطح دو، پیشروی : برخی از ویژگی ها مانند موتور جستجو، اطلاعات تفصیلی درباره محصول و قابلیت تعامل با شرکت به سایت افزوده می شود . در واقع در این مرحله خدمات اساسی به مشتری ارایه می شود.
*سطح سه، یک پارچگی کسب وکار : در این مرحله ویژ گی های بیشتری از جمله امکان مبادله/معامله، با توجه به نیازهای خاص مشتریان به سایت افزوده می شود.
*سطح چهار، دگرگونی کسب وکار : در این مرحله تأمین کنندگان و مشتریان نیز یکپارچه می شوند . در این سطح، خدمات برتر به مشتریان ارایه شده و تعدیلات پیشرفت های در سایت صورت می پذیرد(گارتنر، 2002).
2-5-5 الگوی میسرا و دینگرا
میسرا و دینگرا مدلی را پیشنهاد کرده اند که دیدگاهی سازمانی نسبت به بلوغ دولت الکترونیکی دارد . تأکید این مدل بر مراحلی است که سازمان ها در پیاده سازی تجارت الکترونیک طی می کنند . این مدل شش سطح را برای بلوغ الکترونیکی معر فی می کند که عبارتند از : (میسرا و دینگرا، 2002).
*سطح اول، بسته: در این مرحله سازمان از فناوری اطلاعات و ارتباطات در اداره امور استفاده نمی کند و حتی هیچ طرح یا برنامه ای نیز برای استفاده از آن در آینده نزدیک ندارد. این وضعیت ممکن است ناشی از عدم آشنایی با فناوری های ارتباطات و اطلاعات، نبود منابع کافی و نداشتن تفکر استراتژیک باشد. در نتیجه سازمان بر حسب میزان ارتباط و سهیم کردن دیگران در اطلاعات دولت الکترونیکی، در وضعیت بسته قرار دارد.
*سطح دوم، مقدماتی : در این سطح، سازمان نخستین گام ها را برای اتوماسیون کردن فرآیندهایش بر می دارد، اما اساس آن فاقد کل نگری و عمومیت کافی است. در این سطح، هیچ تلاش سازمان یافته ای به منظور فراهم کردن مقدمات ایجاد دولت الکترونیکی صورت نمی گیرد. به علت نداشتن یک برنامه کلی و رهبری نظام مند، بسیاری از تلاش های صورت گرفته به پایان نرسیده و عمومًا ن یمه کاره رها می شوند. از بین اقدامات پراکنده ای که صورت می گیرد، بعضی از آن ها ممکن است که با موفقیت روبه رو شوند، اما به طور کلی سازمان تعهد لازم را برای ایجاد دولت الکترونیکی به صورت یک عمل برنامه ریزی شده ندارد.
*سطح سوم، مرحله برنامه ریزی شده : در این م رحله از یک رویکرد سیستماتیک استفاده می شود. در این سطح سازمان به طور واضح و آشکار دارای چشم انداز تعریف شده، اهداف کلی و اهداف فرعی برای دولت الکترونیکی است. به علاوه مطالعه ارزیابی نیازها نیز در این مرحله صورت می گیرد. سپس از طریق برنامه ریزی گسترده ای که صورت می گیرد، سیاست ها، استراتژی ها، فعالیت های اجرایی مختلف، نقش ها، مسئولیت ها و منابع مورد نیاز بر حسب زمان، پول، نیروی انسانی تعریف شده تا اداره کردن الکترونیکی به صورت بهینه پیاده شود.
*سطح چهارم،مرحله تحقق یافته: در این سطح براساس برنامه های انجام ش ده، یک سیستم یک پارچه پیاده می شود که طبق آن تمام فرآیندهای درونی سازمان به صورت کامپیوتری انجام می شود و تبادل اطلاعات بین تمام واحدها به صورت یک پارچه انجام می شود .سازمان علاوه بر ارایه مؤثر خدمات به کارکنان خود، در این مرحله ارایه خدمات به مشتریان خارجی را نیز به طور مؤثر شروع می کند.
*سطح پنجم، نهادینه شدن: در این سطح، سازمان ها وضعیت واقعی خود را تثبیت کرده اند و بیشتر توجه شان به حذف شکاف های موجود بین آنچه که در برنامه بوده و آنچه که به وقوع پیوسته است، می باشد. به عبارت دیگر در این مرحله، نتایج تما می پروژه هایی که به اجرا رسیده است مورد بررسی قرار گرفته و با استانداردهای تدوین شده در برنامه ها مقایسه می شود . نتیجه این بررسی، شناسایی انحرافات و سعی در جهت اصلاح آن هاست. این اصلاح تا زمانی ادامه می یابد که دولت الکترونیکی بخشی از فرهنگ کاری سازمان شود . در این مرحله، دولت الکترونیکی به طور مؤثری توسط تمامی کاربران داخلی و خارجی پذیرفته می شود.
*سطح ششم، بهینه کردن :در این مرحله، سازمان خود را در بهبود مستمر و بهینه کردن تلاش ها متعهد می داند. در این سطح سازمان عمدتًا، به منظور تحقق کامل دولت الکترونیکی، به دنبال نوآوری در فناوری، فرآیندهای کاری، فرهنگ سازمانی و غیره است(میسرا و دینگرا، 2002).
2-5-6 الگوی ایالت یوتا
وایندلی با توجه به نیاز ایالت یوتا در ایالات متحده آمریکا، در سال ٢٠٠٢ مدل بلوغی را برای این ایالت طراحی کرد . طبق این مدل، بلوغ دولت الکترونیکی دارای مراحل زیر است:
*سطح اول، وب سایت ساده : سطح اول بلوغ در این مدل، وب سایت ساده است. یک وب سایت ساده، شامل تعدادی صفحه است که اطلاعات آن به صورت ایستا و غیرپویا هستند.
*سطح دوم، دولت به هنگام : این سطح بلوغ، دولت به هنگام نامیده می شود. مهم ترین تفاوت این سطح با سطح قبلی آن ا ست که در این سطح انجام معاملات نیز امکان پذیر می شود.
*سطح سوم، دولت یک پارچه : سطح سوم دولت یک پارچه نامیده می شود. در این سطح، دوایر در انجام کارها کاملا با هم یک پارچه شده اند. یکی از نکات کلیدی در این سطح انجام معاملات الکترونیکی به طور کامل است.
*سطح چهارم، دولت تغییر شکل یافته : سطح چهارم مدل بلوغ، دولت تغییر شکل یافته نامیده می شود. در این مرحله فرآیندهای دولت الکترونیکی به صورتی انجام می شود که ماهیت انجام کارهای دولتی را تا حدود زیادی تغییر داده است. در این سطح ارایه خدمات بر اساس نیازها و احتیاجات تک تک شهروندان صورت گرفته و به نقطه نظرات آنان توجه می شود(وایندلی،2002).
2-5-7 الگوی گروه مشاوره دلویت و تاچ
گروه مشاوره دلویت و تیم تحقیقاتی دلویت و تاچ در سال ٢٠٠٠ مدلی را برای بلوغ دولت الکترونیکی ارایه کردند . در این مدل، مراحل بلوغ دولت الکترونیکی به صورت یک پیوستار شش مرحله ای در نظر گرفته شده است . شرح هر یک از این مراحل به ترتیب زیراست: (دلویت،2000)
*مرحله اول، انتشار/تسهیم اطلاعات: در این مرحله، ادارات دولتی اقدام به ایجاد وب سایت کرده و اطلاعات مربوط به خود را برای استفاده عموم بر روی وب سایت قرار می دهند.
*مرحله دوم، مبادلا ت رسمی دوطرفه : در این مرحله به کمک امضا ءهای دیجیتال قانونی و معتبر، ارباب رجوع قادر به ارایه اطلاعات شخصی خود به وب سایت ادارات دولتی و انجام مبادلات پولی خواهند بود. در این مرحله ارباب رجوع باید نسبت به توانایی و قدرت سازمان در حفظ و نگهداری اطلاعات شخصی و محرمانه ای که به وب سایت ارایه کرده اند، متقاعد شوند.
*مرحله سوم، پورتال های چندمنظوره: در این مرحله دولت مشتری محور، موفقیت بزرگی در ارایه خدمات به مشتریان به دست می آورد. در این مرحله، دولت با استفاده از یک پورتال، امکان ارسال و دریافت اطلاعات و پردازش مبادلات پولی به ادارات دولتی مختلف را فراهم می آورد.
*مرحله چهارم، شخصی کردن پورتال: در مرحله سوم، ارباب رجوع از طریق یک وب سایت واحد به دامنه گسترده ای از خدمات دسترسی پیدا می کرد. در مرحله چهارم، دولت این امکان را برای ارباب رجوع فراهم می آورد، تا بتو انند پورتال را مطابق ویژگی های مطلوب خود تغییر دهند. برای دست یابی به این مرحله دولت به امکانات پیچیده تر برنامه ریزی وب نیاز دارند، تا کاربران قادر به اعمال تغییرات مورد نظر و مطلوب خود در پورتال باشند.
*مرحله پنجم، مجتمع کردن خدمات مشترک : در این مرحله تغییراتی واقعی در ساختار دولت شکل می گیرد . در این مرحله، ارباب جوع خدمات دولتی را به عنوان یک بسته واحد می بینند و ادراک آن ها از سازمان های دولتی به عنوان بخش های جدا از هم بسیار کمرنگ می شود. در این مرحله مبادلات و خدمات به صورت گروهی به ارباب رجوع ارایه می شود.
* مرحله ششم، انسجام کامل و دگرگون کردن مؤسسه : آن چه که در مرحله اول به صورت یک کتابچه راهنما و دایره المعارف ارایه شده بود، در این مرحله به یک مرکز ارایه دهنده کلیه خدمات دولتی تبدیل می شود که با نیازها و ترجیحات شخصی هر یک از ارباب رجوع ها انطباق یافته است. در این مرحله، کلیه دیوارهایی که خدمات مختلف را از هم منفک کرده بودند، از بین می رود و فناوری نوین باعث انسجام و از بین رفتن فاصله بین واحدهای پشتیبانی اداری و ارایه کننده خدمات به ارباب رجوع می شود (دلویت، 2000).
2-5-8 الگوی نقشه راه تجارت الکترونیکی
مدل نقشه راه تجارت الکترونیکی وضعیت موجود و مطلوب یک کسب وکار یا به عبارتی فرایند بلوغ الکترونیکی را به صورت یک پیوستار پنج مرحله ای نشان می دهد. این پنج مرحله عبارتند از:
*مرحله اول، فاقد قابلیت: در این مرحله شرکت فاقد وب سایت است و به وب سایت سایر شرکت ها هم دسترسی وجود ندارد . در این سطح اطلاعات و اسناد و مدارک به صورت غیرالکترونیکی و به شکل دستی یا با استفاده از ابزارهایی مانند تلفن و فاکس بین سازمان ها مبادله می شود.
*مرحله دوم، دسترسی: در این سطح هنوز شرکت فاقد وب سایت است، ولی به وب سایت سایر سازمان ها دسترسی دارد.در این سطح هنوز اطلاعات و اسناد و مدارک به صورت غیرالکترونیکی مبادله می شود.
*مرحله سوم، ایستا: در این سطح سازمان دارای وب سایت می شود و اطلاعات به صورت الکترونیکی بین سازمان ها مبادله می شود. ولی هنوز هم اسناد و مدارک مانند مراحل قبلی به صورت غیرالکترونیکی مبادله می شود.
*مرحله چهارم، تعاملی: در این سطح مبادله اطلاعات حالت فعال تری پیدا می کند، و فرم ها به صورت الکترونیکی تکمیل می شوند. ولی در این سطح نیز مبادله اسناد و مدارک همانند مراحل قبلی، به صورت غیرالکترونیکی است. البته ممکن است که اسناد و مدارک بسیار محدودی به صورت الکترونیکی و یک طرفه مبادله شوند.
*مرحله پنجم، مبادله ای: در این سطح مبادله اطلاعات شکل کامل تر و فعال تری پیدا می کند و امکان مبادله الکترونیکی اسناد و مدارک نیز فراهم می شود. ولی با توجه به این که سطح مبادله ای، اولین سطح مبادله الکترونیکی اسناد و مدارک است، ممکن است این مبادله به صورت کامل نباشد یا در صورت کامل بودن فقط بین دو سازمان مبادله شود و از یک پارچگی لازم برخوردار نباشد. در این مرحله سفارشات و پرداخت ها به صورت باز صورت می پذیرد.در این مرحله انتقال وجوه مالی نیز به صورت الکترونیکی امکان پذیر می شود.
*مرحله ششم، یک پارچه: سطح یک پارچه، سطح مطلوب بلوغ مبادله الکترونیکی اطلاعات، اسناد و مدارک است. پیشرفتی که در این سطح نسبت به سطح قبلی روی می دهد، این امکان را فراهم می آورد که اطلاعات، اسناد و مدارک نه تنها بین دو سازمان بلکه به صورت یک پارچه بین تمام سازمان های مرتبط مبادله شود. در این سطح جریان کار بین سازمان ها به صورت یک پارچه و منسجم می شود.
2-5-9 الگوی دموکراسی الکترونیکی
ویلیامسون در سال ٢٠٠٣ یک مدل پنج بعدی برای بلوغ الکترونیکی جامعه ارایه داده است.
این مدل یک مدل غیرخطی است که می تواند برای ارزیابی توانایی و وضعیت بلوغ فناوری در جامعه مورد استفاده قرار گیرد. این مراحل عبارتند از: (ویلیامسون، 2003) .
١. دسترسی ،
٢. سواد ،
٣. محتوا ،
4. خلق نمودن و
۵. تسهیم و انتشار
2-5-10 الگوی بلوغ دو بعدی
مدل ارایه شده توسط فریدون قاسم زاده، ا ز ترکیب دو مدل سازمان ملل متحد برای بلوغ تجارت الکترونیکی و مدل میسرا و دینگرا برای بلوغ دولت الکترونیکی توسعه یافته است .
مدل سازمان ملل متحد دارای دید کاربردی و مدل میسرا و دینگرا دارای دید سازمانی است. پس مدل دوبعدی قاسم زاده هر دو نگرش کاربرد و سازمان ر ا مورد توجه قرار می دهد. این مدل به مدیران کمک می کند تا موقعیت فعلی تجارت الکترونیکی سازمان خود را از دو دیدگاه کاربردی و سازمانی مشخص کرده و بر این مبنا برای بهبود آن در آینده برنامه ریزی کنند (قاسم زاده ، 1384). شکل(2-2) مراحل مختلف مدل های یازده گانه بلوغ تجارت و دولت الکترونیک را نشان می دهد.
جدول(2-2) مراحل مختلف مدل های یازده گانه بلوغ تجارت و دولت الکترونیک
ردیف نام مدل مراحل
مرحله1 مرحله2 مرحله3 مرحله4 مرحله5 مرحله6
1 مدل سازمان ملل برای بلوغ تجارت الکترونیکی حضور اولیه توسعه تعاملی مبادله ای یکپارچه -
2 مدل بلوغ دولت الکترونیکی گارتنر اطلاع رسانی تعامل مبادله تغییرشکل - -
3 مدل بلوغ تجارت
الکترونیکی گارتنر حضور اولیه پیشروی یکپارچگی کسب و کار دگرگونی کسب و کار - -
4 مدل میسرا و دینگرا بسته مقدماتی برنامه ریزی شده تحقق یافته نهادینه شده بهینه کردن
5 مدل ایالات یوتا وب سایت ساده دولت بهنگام دولت یکپارچه دولت تغییر شکل یافته - -
6 مدل گروه مشاوره دلویت و تاچ انتشار / تسهیم اطلاعات مبادلات رسمی دوطرفه پورتال های چند منظوره شخصی کردن پورتال مجتمع کردن خدمات مشترک انسجام کامل و دگرگون کردن موسسه
7 مدل نقشه راه تجارت الکترونیکی فاقد قابلیت دسترسی ایستا تعاملی مبادله ای یک پارچه
8 مدل آسیای جنوب شرقی و اقیانوسیه راه اندازی سیستم پست الکترونیکی و شبکه داخلی ایجاد امکان دسترسی عمومی و بین سازمانی به اطلاعات ایجاد امکان ارتباط دوطرفه امکان تبادل ارزش دموکراسی دیجیتالی دولت یکپارچه
9 مدل مراحل رشد فناوری اطلاعات نولان ابتدایی بسط و توسعه کنترل یکپارچه سازی مدیریت داده ها بلوغ
10 مدل دموکراسی الکترونیکی دسترسی سواد محتوا خلق کردن تسهیم و انتشار -
11 مدل بلوغ دو بعدی بسته مقدماتی برنامه ریزی شده تحقق یافته نهادینه شدن بهینه کردن
حضور اولیه توسعه تعاملی مبادله ای یک پارچه -
(صرافی زاده ، 1386)
2-6 محرک های تجارت الکترونیک
تارافدار و وایدیا معتقدند که علاوه بر مزایای فراوان بکارگیری تجارت الکترونیکی برای سازمان ها، وجود برخی محرک ها در محیط نیز، سازمان ها را به سمت استفاده از تجارت الکترونیکی سوق می دهد. برخی از محرک هایی که توسط این دو پژوهشگر شناسایی شده اند عبارتند از:
اقدامات رقبا و انتظارات مشتری، تغییر در سیاست های دولت و تدوین مقررات ، شرایط اقتصادی، بکارگیری تجارت الکترونیکی از سوی مشتریان و تأمین کنندگان، ماهیت محصولات سازمان و میزان اطلاعات همراه با محصول.تجارت الکترونیکی محدودیت های هزینه ساز مثل محدودیت زمان و مکان را حذف نموده و سبب افزایش بهره وری و کارایی اقتصادی می گردد.
سلز و شوبرت فرایند تجارت الکترونیکی را به شرح زیر بیان می کنند:
1- مرحله تبادل اطلاعات: در این مرحله طرفین معامله در مورد محصول، قیمت، نوع، کیفیت و سایر مباحث اطلاعات لازم را کسب می کنند.
2- مرحله توافق: در این مرحله مذاکرات و چانه زنی های لازم بین خریدار و فروشنده منجر به شکل گیری توافق میان طرفین می گردد.
3- مرحله واریز و پرداخت: در این مرحله بهای کالا پرداخت شده و معامله صورت می گیرد.
4-مرحله ارتباطات: در این مرحله بر ایجاد رابطه بین مشتریان باهم و با شرکت از طریق فناوری های ارتباطی الکترونیکی تأکید می شود
تفاوت چندانی بین مراحل فرایند تجارت با مراحلی که در شکل سنتی تجارت طی می شود وجود ندارد. تفاوت اساسی تجارت الکترونیکی با تجارت سنتی در نحوه تبادل اطلاعات می باشد. در تجارت سنتی اطلاعات از طریق ارتباطات چهره به چهره و یا شکل های قدیمی تر ابزارهای ارتباطی مانند تلفن پستی انتقال پیدا می کند، ولی در تجارت الکترونیکی توسط شبکه های کامپیوتری و یا دیگر تکنولوژی های ارتباطی پیشرفته، این فرآیند صورت می پذیرد .این تفاوت ها باعث بوجود آمدن مشکلاتی نظیر امنیت، اعتماد و شناخت هویت واقعی افراد در اینترنت گردیده است (خداداد و دیگران، 1384).
2-7 الگوهای تجارت الکترونیک
الگوی B2B
قسمت عمده ای از تجارت الکترونیکی خریدهایی است که در واقع با قصد مصرف انجام نمی گیرد بلکه تولیدکنندگان کالاهای واسطه ای را از تولیدکنندگان دیگر خریداری می کنند .به منظور خرید بهتر، این شرکت ها نیاز به اطلاعات دقیقی در مورد جزییات کالا، فعالیت های ارتقایی، قیمت های دقیق، خدمات پس از فروش و دیگر ویژگی های یک محصول دارند تا با مقایسه آنها بهترین تصمیم را برای خرید محصولات بگیرند . به دلیل حجم زیاد خرید و تأثیر مستقیم آن در بهای تمام شده کالا استفاده از تجارت الکترونیکی اثر عمده ای روی قدرت رقابتی شرکت ها می گذارد . اهمیت این روش هنگامی مشخص می گردد که بدانیم نزدیک به هفتاد و پنج درصد حجم پولی تجارت ا لکترونیکی در علاوه بر کاهش B2B این بخش صورت می گیرد .به طور خلاصه شرکت ها با استفاده از الگوی هزینه ها و بهبود کیفیت، می توانند به میزان چشمگیری سرعت تولید خود را نیز افزایش دهند(مدهوشی و صفاری نژاد، 1383).
الگوی B2C
دیگر الگوی متداول تجارت الکترونیکی، الگوی بنگاه تجاری به مصرف کننده است که این امکان را برای بسیاری شرکت ها، به ویژه شرکت های کوچک و متوسط فراهم آورده است که با هزینه های بسیار کمتر و مزایای بیشتری در بازارهای مختلف حضور پیدا کنند. مهمترین مساله ای که اغلب در این الگو مطرح می شود مساله اعتماد خریدارن و پرداخت بهای کالاها به صورت الکترونیکی می باشد. نکته دیگر این که مشتریان بیشتر کالاهایی را از اینترنت خریداری می کنند که نیاز به جزئیات زیاد یا مشاهده فیزیکی ندارند به همین دلیل است که پنج کالا یا خدمتی که بیشترین خرید اینترنتی را به خود اختصاص داده اند؛ سخت افزار کامپیوتر، امور مسافرت، جهانگردی، کتاب و موسیقی می باشد(مدهوشی و صفاری نژاد، 1383).
الگوی C2C
اگرچه این الگو از لحاظ پولی درصد زیادی از کل تجارت الکترونیکی در سطح دنیا را به خود اختصاص نمی دهد ولی به نظر می رسد بازار بالقوه مناسبی در این زمینه وجود داشته باشد. عملکرد موفق باعث گردیده حضور افراد در چنین سایت هایی روز به روز بیشتر شود. سایت eBay سایت هایی مانند از طریق فراهم آوردن محیطی برای مبادله کالاهای دسته دوم میان افراد مختلف در نقاط مختلف eBay جغرافیایی و بکارگیری مکانیزم هایی مناسب به عنوان پیشرویی در الگوی تجارت الکترونیک میان دو مصرف کننده مطرح شده است(مدهوشی و صفاری نژاد، 1383).
الگوی C2B
اگرچه این روش زیاد گسترش نیافته و تعداد کمتری از سایت ها از آن استفاده می کنند، ولی قدرت انتخاب مشتری و این حقیقت که مشتریان در این روش شروع کننده ارتباط تجاری هستند باعث توجه ویژه آنان به این روش شده است. برای مثال فرض کنید مراجعه و فرمی را که شامل تمام priceline.com یک مشتری جهت تهیه بلیط یک تور هوایی به سایت ویژگی های درخواستی خود است، تکمیل می کند. پس از تکمیل موتور جستجوی این سایت تمام آژانس های هوایی و تورها را برای یافتن تور هوایی با مشخصات ذکر شده جستجو کرده و در لیستی در اختیار مصرف کننده قرار می دهد(مدهوشی و صفاری نژاد، 1383).
2-7 مفهوم دولت الکترونیک
دولت الکترونیک عبارت است از استفاده فناوری های اطلاعاتی و ارتباطی (ICT) برای متحول کردن دولت و فرایند حکومت گری که در بر گیرنده موارد زیرمی باشد :
1-ایجاد شرایط دسترسی بیشتر به اطلاعات دولتی .
2-بهبود مشارکت مردمی از طریق ارتباطات تعاملی عموم مردم با مقامات دولتی .
3-شفاف کردن فعالیتها .
4-پاسخگویی به عملکردها .
5-ایجاد فرصت های توسعه در مناطق محروم .
6-کاهش فرصت های فساد .
بکارگیری و گسترش دولت الکترونیک غالباً در جهت انجام تغییرات در فرایندهای دولتی نظیر تمرکز زدایی، بهبود کارایی و اثر بخشی است.اصولاً تعریف واحدی درباره دولت الکترونیک وجود ندارد واین مسأله ناشی از ماهیت پویا و متغیر فناوری است. امروزه به استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات به منظور بهبود کارایی و اثر بخشی ، شفافیت اطلاعات و مقایسه پذیری مبادلات اطلاعاتی و پولی در درون دولت ، بین دولت و سازمانهای تابعه آن،بین دولت و شهروندان و بین دولت و بخش خصوصی دولت الکترونیک اطلاق می شود.(صفری و همکاران، 1382).
دولت الکترونیک تعهد به استفاده از فناوری مناسب برای ارتقای ارتباطات دولت با شهروندان و سازمانهای وابسته به دولت و به عبارتی گسترش دموکراسی،ارتقای شأن و منزلت انسان،حمایت از توسعه اقتصادی،توسعه عدالت اجتماعی و بهبود کیفیت ارائه خدمات به مردم است.دولت الکترونیک،شیوه ای برای دولتها به منظور استفاده از فناوریهای جدید که به افراد، تسهیلات لازم برای دسترسی مناسب به اطلاعات و خدمات دولتی،اصلاح کیفیت آنها و ارائه فرصتهای گسترده برای مشارکت در فرایندها و نمادهای مردم سالار میدهد(رضایی و داوری،1383 ).
همان گونه که از تعاریف دولت الکترونیک برمی آید ، هدف از ایجاد چنین دولتی بهره گیری از فناوری جدید به منظور ارائه خدمات بهتر به شهروندان و نیز بازسازی درونی دولت است .
یکی از مهمترین فرصتهایی که فناوریهای نوین ارتباطی و اطلاعاتی پیش روی ما قرار می دهند ، امکان استفاده از این فناوری برای مهندسی مجدد معماری دولت و قابل دسترس تر، کارآمدتر و پاسخگوتر ساختن آن است. استفاده از این نوآوریها در فرایند اداره امور جامعه موجب پدیدار شدن واقعیتی به نام دولت الکترونیک شده است. دولت الکترونیک لازمه حکومت بر جامعه اطلاعاتی است. به عبارتی برای حکومت بر جامعه اطلاعاتی و مدیریت آن نیاز به خلق دولت الکترونیک است و نمی توان با ساختار و فرایندهای سنتی جامعه اطلاعاتی را به خوبی مدیریت کرد(صدوقی ،1389).
امروزه عوامل مختلفی دست در دست یکدیگر داده اند تا دولتها را وادار به تجربه شکل جدیدی از اداره جامعه بکنید. انتظارات افراد در مورد خدمات و محصولات و نیز نحوه و کیفیت ارائه آن به طور روزافزون در حال تغییر است و دولت نیز باید پاسخگوی این نیازها و انتظارات باشد. آنان خواهان این هستند که ساعات کار موسسات دولتی افزایش یابد و هر زمان که خواستند بتوانند کارهای خود را انجام دهند، در صفها معطل نشوند، خدمات با کیفیت تری دریافت کنند، خدمات و محصولات ارزانتری به دستشان برسد و مواردی از این دست که پاسخگوترین شکل دولت برای این انتظارات در حال حاضر دولت الکترونیک است. دولتها همچنین برای جذب سرمایه، کارگران ماهر، گردشگران و سایر موارد با یکدیگر در رقابت هستند و بدین منظور به امکانات جدیدی نیاز دارند که دولت الکترونیک این امکانات را فراهم می کند. به طور خلاصه، رشد فناوریهای جدید، تغییر انتظارات شهروندان و بنگاههای اقتصادی و سرمایه گذاری بنگاههای اقتصادی در بخش فناوری اطلاعات از جمله مهمترین عواملی است که ضرورت برپایی دولت الکترونیک را تشکیل می دهد (رضایی و داوری، 1388).
دولت الکترونیک برای کیفیت خدمات رسانی به شهروندان، فرصتهای خوب زیادی را ایجاد می کند. شهروندان قادرند به جای چند روز یا چند هفته ظرف چند دقیقه یا چند ساعت اطلاعات یا خدمات مورد نظر خود را دریافت کنند. شهروندان،شرکتهاوسازمانهای وابسته به دولت میتوانند بدون استخدام وکلای دادگستری و حسابداران گزارشهای خواسته شده را دریافت وکارمندان میتوانند به سادگی و به صورت کارآمد مانند کارکنان دنیای تجارت امور خود را انجام دهند یک استراتژی مؤثر در زمینه استقرار دولت الکترونیک به بهبودهای قابل ملاحظه ای از قبیل موارد ذیل در دولت منجر خواهد شد: تسهیل خدمت رسانی به شهروندان،حذف رده هایی از مدیریت دولتی(کوچک سازی اندازه دولت)؛تسهیل اخذ اطلاعات و خدمات توسط شهروندان و شرکتها و همچنین سازمانهای وابسته به دولت؛تسهیل فرایندهای کاری سازمانها و کاهش هزینه ها از طریق ادغام و حذف سیستمهای اضافی و موازی(رضایی و داوری، 1388).
2-7-1 مراحل دولت الکترونیک :
اولین گام در تدوین استراتژی دولت الکترونیک تعریف آن است. بدین معنا که سیاستگذاران باید بدانند که دقیقاً در پی دست یافتن به چه چیزی هستند . دولت الکترونیک ظرفیت های بالایی برای ایجاد ارتباطات الکترونیک بین دولت و شهروندان، دولت با بخش خصوصی و اجزای مختلف درون دولت دارد. هر حکومتی با توجه به شرایط خاص خود می تواند در هنگام تدوین استراتژی دولت الکترونیک مورد نظر خود، قلمرو نفوذ و گسترش این پدیده را تعریف کند. پس از این مرحله باید نسبت به تدوین استراتژی اقدام شود. این استراتژی از این لحاظ حائز اهمیت است که برنامه های عملی مهندسی مجدد فرایندها و رویه ها را به گونه ای که در راستای دولت الکترونیک و حمایت کننده آن باشد، هدایت کرده و همچنین گامهای اولیه حرکت را تعیین می سازد .این استراتژی باید دربرگیرنده مراحل ذیل باشد (لاوری، 1389).
2-7-2 فرایند استقرار دولت الکترونیک
به منظور تحقق دولت الکترونیک مدل های مختلفی پیشنهاد شده، به عنوان نمونه مؤسسه گارتنر که یک شرکت مشاوره بین المللی است، مدلی چهار مرحله ای را معرفی کرده است. در این مدل دولت الکترونیک از آغاز تا پایان چهار مرحله را پشت سرخواهد گذارد.
*مرحله اول: در این مرحله اطلاعات عمومی درباره معرفی خدماتی که سازمانهای دولتی ارائه می کنند، بر روی اینترنت به مردم ارائه می شود.این اطلاعات غالباً به صورت جزوات الکترونیک ارائه می شود. در این مرحله در دسترس بودن فرایندهای حکومتی و نیز تشریح و شفاف سازی نحوه انجام امور برای مردم ارزش تلقی می‌شود. سازمانهای دولتی نیز می توانند اطلاعات آماری خود را از طریق ابزارهای الکترونیکی با یکدیگر مبادله کنند.
*مرحله دوم: در این مرحله تعامل میان دولت و شهروندان قدری توسعه می یابد و مردم می توانند پرسشهایی را از طریق پست الکترونیکی مطرح و فرم های مورد نظر را به منظور دریافت خدمات دولتی از طریق اینترنت دریافت کنند. این امر به صرفه جویی در زمان وهزینه شهروندان منجرمی شود.دراین مرحله مردم فقط در ساعات اداری میتوانند به دریافت خدمات الکترونیک بپردازند. به علاوه در این مقطع سازمانهای دولتی از طریق ایجاد شبکه های محلی به مبادله اطلاعات می پردازند .
*مرحله سوم: در این مرحله فناوری مورد استفاده پیچیده تر شده و ارزشهای مورد نظر مردم نیز افزایش می یابد. بدون اینکه نیازی به مراجعه مردم به ادارات باشد، آنها می توانند خدمات خود را از طریق شبکه های الکترونیک دریافت کنند. تمدید گواهینامه، پرداخت مالیات، اخذ گذرنامه و امثال این خدمات در این مرحله بدون حضور شهروندان به دفاتر مربوطه انجام می شود. این مرحله به لحاظ مسائل امنیتی از پیچیدگی بیشتری برخودار است و وجود امضاهای الکترونیک برای ارائه خدمات ضروری خواهد بود. برای گذار از این مرحله سازمانهای دولتی به قوانین و مقررات جدیدی برای ارائه خدمات بدون کاغذ به شهروندان نیازمندند.
*مرحله چهارم: این مرحله زمانی تحقق می یابد که کلیه سیستم های اطلاعاتی یکپارچه شوند و شهروندان با مراجعه به یک پایگاه واحد بتوانند کلیه خدمات مورد نظر را دریافت کنند. رسیدن به این مرحله مستلزم ایجاد تغییر اساسی در فرهنگ، فرایندها و ساختار سازمانهای دولتی است. در این مرحله صرفه جوییهای قابل ملاحطه ای در هزینه های ارائه خدمات صورت می گیرد و رضایت شهروندان به حداکثر خود می رسد(باکس، 2011) .
2-7-3 شرایط اجرای موفق استراتژی دولت الکترونیک :
مقامات ارشد نظام باید خود از نگرش استراتژیک برخوردار باشند .

bew127

فهرست جداول
TOC h z t "جدول;1" جدول شماره (1-1)-شاخص های عملکرد شغلی برگرفته شده از الگوی استیرز، پورتر و بیگلی PAGEREF _Toc416425016 h 8جدول (3-1)شیوه امتیاز بندی PAGEREF _Toc416425017 h 47جدول(3-2) ویژگیهای وجدان کاری و سوالات PAGEREF _Toc416425018 h 48جدول (3-4) شاخص های ارزیابی عملکرد شغلی PAGEREF _Toc416425019 h 49جدول(3-5) شاخص های ارزیابی وجدان کاری PAGEREF _Toc416425020 h 49جدول(4-1) توزیع جامعه آماری بر حسب موقعیت PAGEREF _Toc416425021 h 56جدول توزیع(4-2) جامعه آماری برحسب تاهل PAGEREF _Toc416425022 h 56جدول(4-3) توزیع جامعه آماری بر حسب متغییر طبقه سنی PAGEREF _Toc416425023 h 59جدول (4-4) توزیع جامعه آماری بر حسب متغییر تحصیلات PAGEREF _Toc416425024 h 60جدول (4-5) توزیع جامعه آماری بر حسب متغیر سابقه کاری PAGEREF _Toc416425025 h 60جدول (4-6)محاسبات آماری عملکرد شغلی PAGEREF _Toc416425026 h 61جدول (4-7)آزمون کولموگروف-اسمیرنوف و شاپیرو-ویلک PAGEREF _Toc416425027 h 62جدول (4-8) محاسبات همبستگی وجدان کاری – عملکرد شغلی PAGEREF _Toc416425028 h 82جدول (4-9) محاسبات رگرسیون وجدان کاری PAGEREF _Toc416425029 h 83جدول(5-1) وضعیت عملکرد در طیف نانلی PAGEREF _Toc416425030 h 86جدول(5-2)وضعیت وجدان کاری در طیف نانلی PAGEREF _Toc416425031 h 87جدول (5-3)ارتباط میزان وجدان کاری با سابقه خدمت PAGEREF _Toc416425032 h 88
فهرست نمودارها
TOC h z t "نمودار;1" نمودار(2-2) نمایی از رابطه فرد، کار و مدیریت (هدایی، 84، ص43) PAGEREF _Toc414355301 h 23نمودار (4-1) توزیع جامعه آماری بر حسب متغییر جنسیت PAGEREF _Toc414355302 h 56نمودار (4-2) توزیع جامعه آماری بر حسب متغییر تاهل PAGEREF _Toc414355303 h 57نمودار (4-3) توزیع جامعه آماری بر حسب متغیر گروه سنی PAGEREF _Toc414355304 h 59نمودار(4-4) توزیع جامعه آماری برحسب متغییر سطح تحصیلات PAGEREF _Toc414355305 h 60نمودار(4-5) توزیع جامعه آماری بر حسب متغیر سابقه کاری PAGEREF _Toc414355306 h 61

فهرست شکلها
TOC h z t "شکل;1" شکل (1-1) مدل مفهومی تحقیق PAGEREF _Toc414355315 h 10شکل (2-1) عوامل تاثیر گذار بر وجدان کاری (دانشگر،78، ص 76) PAGEREF _Toc414355316 h 20شکل (2-3) نقش وجدان کاری در بهره وری و فقرزدایی (مشبکی، 1377، ص 282) PAGEREF _Toc414355317 h 28شکل(2-4) عوامل تاثیرگذار بر وجدان کاری وآثار و پیامد های آن (دانشگر، 78، ص86) PAGEREF _Toc414355318 h 29شکل (2-5) مدل عملکرد اسکوانات و همکاران PAGEREF _Toc414355319 h 36شکل (2-6) مدل عملکرد آگونیوس PAGEREF _Toc414355320 h 37شکل (3-1) مدل مفهومی تحقیق PAGEREF _Toc414355321 h 45شکل (4-6) نمودار هیستوگرام داده ها PAGEREF _Toc414355322 h 63شکل (4-7) نمودار توزیع داده ها PAGEREF _Toc414355323 h 64شکل(4-8) نمودار نرمالیتی داده ها PAGEREF _Toc414355324 h 64شکل(4-9)نمودار هیستوگرام فرضیه اول فرعی PAGEREF _Toc414355325 h 65شکل (4-10) نمودار ارتباط دو متغیر فرضیه فرعی اول PAGEREF _Toc414355326 h 66شکل (4-11) نمودار هیستوگرام برخورد مناسب با ارباب رجوع PAGEREF _Toc414355327 h 67شکل(4-12) نمودار توزیع نرمال رفتار و برخورد مناسب با ارباب رجوع PAGEREF _Toc414355328 h 67شکل(4-13) نمودار نرمالیتی داده ها PAGEREF _Toc414355329 h 68شکل(4-14) نمودار ارتباط وجدان با برخورد مناسب با ارباب رجوع و همکاران PAGEREF _Toc414355330 h 69شکل ( 4-15) نمودار هیستوگرام پشتکار و جدیت درکار PAGEREF _Toc414355331 h 70شکل (4-16) نمودار توزیع نرمال شاخص پشتکار و جدیت در کار PAGEREF _Toc414355332 h 70شکل (4-17) نمودار نرمالیتی داده های فرضیه سوم PAGEREF _Toc414355333 h 71شکل(4-18) ارتباط وجدان کار با پشتکار و جدیت در کار PAGEREF _Toc414355334 h 72شکل (4-19) نمودار هیستوگرام مهارت کارکنان PAGEREF _Toc414355335 h 73شکل (4-20) نمودار توزیع نرمال مهارت کارکنان PAGEREF _Toc414355336 h 73شکل (4-21) نمودار نرمالیتی فرضیه چهارم PAGEREF _Toc414355337 h 74شکل (4-22) نمودار ارتباط وجدان کاری و مهارت کارکنان PAGEREF _Toc414355338 h 75شکل (4-23) نمودار هیستوگرام توزیع داده ها PAGEREF _Toc414355339 h 75شکل (4-24) نمودار توزیع نرمال دانش کارکنان PAGEREF _Toc414355340 h 76شکل (4-25) نمودار توزیع نرمال فرضیه پنجم PAGEREF _Toc414355341 h 76شکل(4-26) نمودار ارتباط وجدان کاری با دانش کارکنان PAGEREF _Toc414355342 h 77شکل(4-27) نمودار هیستوگرام خودانگیزشی کارکنان PAGEREF _Toc414355343 h 78شکل(4-28) نمودار توزیع نرمال خودانگیزشی کارکنان PAGEREF _Toc414355344 h 78شکل (4-29) نمودار توزیع نرمال فرضیه ششم PAGEREF _Toc414355345 h 79شکل (4-30) نمودار ارتباط وجدان کاری با انگیزش کارکنان PAGEREF _Toc414355346 h 80
فصل اولکلیات تحقیق
1-1 مقدمهدر علم مدیریت برای افزایش عملکرد کارکنان یک سازمان راهکارهای مختلفی از قبیل افزایش رضایت شغلی، اعمال نظارت مستمر و اجرای برنامه های تشویقی و تنبیهی و موارد دیگر پیشنهاد شده است. علاوه بر راهکارهای فوق که اکثرا جنبه بیرونی دارند، راهکارهای دیگری نیز وجود دارند گه بر نوعی نگرش و انگیزه درونی در کارکنان سازمان تاکید دارند. این عوامل به شکل یک محرک درونی فرد را به عملکرد بهتر وا می دارد.
همه می دانیم که در سازمانها بر این اصول تاکید می شود، قوانین لازم الاجرا می باشند، ضوابط بر روابط حاکم است، از وقت می بایست نهایت استفاده بعمل آید، ابتکار و خلاقیت دارای اهمیت است و ... ولی در عمل سازمانها در تحقق این شعارها دچار مشکل می شوند و به راحتی نمی توانند آنها را اجرا کنند. بررسی و تحلیل این موضوع تنها با توجه به جنبه رسمی سازمان میسر نمی شود .لذا توجه و تاکید به جنبه های غیر رسمی سازمانها در عین مبهم بودن، مهم و ضروری است.
تحقیق حاضر درصدد است که روشن کند ویژگیهای وجدان کاری چه تاثیری بر عملکرد شغلی دارند.
1-2 بیان مساله تحقیق :
امروزه منابع انسانی هر سازمان بهعنوان مهمترین و کلیدیترین منبع دارایی راهبردی محسوب میشود. با توجه به نقش راهبردی منابع انسانی در یک موفقیت سازمان و انجام مسئولیتهای صنعتی، تجاری و اجتماعی میتوان گفت که در اختیار داشتن نیروی انسانی کارامد و دارای عملکرد شغلی بالا میتواند باعث کسب مزیت رقابتی برای سازمان گردد (شاه نظری، 1387).
ارتقاء عملکرد شغلی یکی از مهمترین اهدافی است که مدیران سازمان ها در پی آن هستند چرا که ارتقاء بهره وری را در جامعه فراهم ساخته (مشبکی، 1376) و باعث ارتقای اقتصاد ملی و همین طور کیفیت خدمات و تولید سازمان ها خواهد شد (اسپکتور، 1387). عملکرد شغلی درجه ای از انجام وظایف محوله به فرد در شغل وی می باشد (Suliman, 2006). افزایش عملکرد شغلی با عوامل بسیاری از جمله انگیزش، توانایی، شناخت شغل، عوامل محیطی و سازمانی مختلف، کانون کنترل و ویژگی های شخصیتی در ارتباط است.
پاول هرسی و مارشال گلداسمیت معتقدند در عملکرد نه تنها لازم است فرد بداند چه کاری باید انجام دهد بلکه نیاز است به طور مستمر بداند که کارها را چقدر خوب انجام دهد و همچنین جهت تصمیم های خود پشتوانه قانونی داشته باشد(رضائیان، 1380 : 417).
در تحقیقات جدید، مؤثرترین عامل شخصیتی در عملکرد شغلی، وجدان یا در اصطلاح کاری آن، وجدان کاری معرفی شده است (O’Connor & Paunonen, 2007) و (Barrick & Mount, 1991).
وجدان یکی از پنج عامل اصلی شخصیت است. وجدان، توصیف کننده قدرت کنترل تکانه ها، به نحوی که جامعه مطلوب میداند و تسهیل کننده رفتار تکلیف محور و هدف محور است. وجدان ویژگی های چون آینده نگری قبل از عمل، به تأخیراندازی ارضای خواسته ها، رعایت قوانین و هنجارها و سازمان دهی و اولویت بندی تکالیف را در بر می گیرد.
وجدان کار نوعی مکانیزم خودکنترلی در امور است که به واسطه آن افراد بدون نظارت مستقیم و غیرمستقیم از بیرون، کار خود را از نظر کمی و کیفی به طور تمام و کمال انجام می دهند (علیزاده، 1375).
از جمله شاخص های وجدان کاری، رعایت عدالت در انجام وظیفه، احترام به افکار دیگران، خدمت به خلق، احساس مسولیت (همان) احساس سودمندی کار، لذت بردن از کار ، نیاز اندک به کنترل های خارجی، تلاش برای راضی نگه داشتن خداوند و مردم (هاشمی محمدابادی، 1386) و همچنین انجام کار بی عیب و به نتیجه رساندن کارها، ترجیح سازمان بر خود و احساس تعلق خاطر به آن، صرفه جویی در وقت و هزینه ها و انجام به موقع کارها (سلطانی، 1377) هستند. پژوهش ها نشان می دهد وجود اخلاق کاری به وسیله قوانین و خط مشی های اخلاقی باعث رضایت شغلی و تعهد سازمانی بیشتر و در نتیجه پایین آمدن نرخ ترک شغل می شود (ذاکرفرد، 1388).
شرکت ملی نفت ایران که از سال 1330 تاکنون عهده دار سامان بخشیدن و سیاستگذاری فعالیت های صنعت نفت اعم از اکتشاف، حفاری، تولید، پژوهش و توسعه، پالایش و توزیع نفت، گاز و فرآورده های نفتی و صادرات آن بوده است، یکی از شرکت های بزرگ و بسیار تاثیر گذار در امور اقتصادی کشور است.
این شرکت با در اختیار داشتن ذخیره های عظیم هیدروکربوری، یکی از بزرگترین شرکت های نفتی جهان به شمار می آید. با پیشرفت دانش و فنآوری صنعت نفت و پیچیده تر شدن مناسبت های اقتصادی و سیاسی، جایگاه شرکت ملی نفت ایران نیز ارتقا یافته است. از این رو سیاست های ملی، منطقه ای و همکاری با کشورهای مهم صنعتی در زمینه تامین انرژی و ایجاد ثبات در بازارهای جهانی نفت در دستور کار این شرکت قرار دارد.
شرکت ملی نفت ایران بر اساس اصل 44 قانون اساسی با تفویض اختیار به بخش های گوناگون، ضمن نظارت عالی بر فعالیت صنعت نفت، اقدام موثر در زمینه تاسیس بنگاه های اقتصادی به انجام رسانده است. همچنین با تامین منابع مالی و اقلام مورد نیاز توسعه و رشد در راستای به روز رسانی دانش و فنآوری در زمینه اکتشاف، حفاری و بهره برداری با اعتماد به متخصصان و کارکنان ایرانی، گام های بلندی در این راه برداشته است.
این شرکت مجموعه ای سازمان یافته از واحدهای مدیریتی (مدیریت امور بین الملل، مدیریت پژوهش و فناوری، مدیریت برنامه ریزی تلفیقی، مدیریت هماهنگی و نظارت بر تولید نفت و گاز، مدیریت فناوری اطلاعات و ارتباطات، مدیریت توسعه منابع انسانی، مدیریت امور مالی، مدیریت امور حقوقی، مدیریت اکتشاف، مدیریت بهداشت، ایمنی و محیط زیست، طرح کمک به عمران مناطق نفت خیز)، واحد های ستادی(روابط عمومی، هسته گزینش، حراست،امور بازرسی و پاسخگویی به شکایات،حسابرسی داخلی)، سازمانی ( پژوهشگاه صنعت نفت،سازمان بهداشت و درمان ،شرکت ملی صادرات گاز ایران، سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور، صندوق های بازنشستگی، پس انداز و رفاه کارکنان)، شرکت های تولیدی (شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب، شرکت نفت مناطق مرکزی ایران، شرکت نفت و گاز پارس، شرکت نفت فلات قاره ایران، شرکت نفت و گاز اروندان، شرکت نفت خزر) و شرکت های خدمات فنی (شرکت ملی حفاری ایران، شرکت مهندسی و توسعه نفت، شرکت پشتیبانی ساخت و تهیه کالای نفت تهران، شرکت پایانه های نفتی ایران، سازمان منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس) است(پایگاه اطلاع رسانی شرکت ملی نفت ایران).
با توجه به اینکه بهبود عملکرد کارکنان شرکت ملی نفت ایران می تواند گام موثری در دستیابی به اهداف عالیه آن باشد. بدیهی است که به منظور بهبود عملکرد و بازدهی کارکنان، این شرکت روشهای متعددی را امتحان کرده و هزینه های بسیاری را تاکنون متقبل شده است ولی همانند سایر سازمانهای دولتی از پایین بودن سطح بازدهی عملکرد کارکنان خود همچنان رنج می برد. بررسی عوامل تاثیر گذار بر عملکرد کارکنان به منظور دستیابی به عملکردی بهتر، رویکرد جدید این سازمان است. بنظر می رسد وجدان یا اصطلاحا وجدان کاری یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر عملکرد شغلی باشد، موارد فوق محقق را بر آن داشت با توجه به اهمیت عملکرد شغلی و نقش احتمالی وجدان کاری درافزایش آن، تأثیر و رابطه بین این دو متغیر را در شرکت ملی نفت ایران مورد بررسی قرار دهد.
مساله تحقیق حاضر آن است که وجدان کاری تا چه اندازه عملکرد شغلی را تحت تاثیر احتمالی مثبت و یا منفی خود قرار می دهد و بین و وجدان کاری و ویژگیهای عملکرد شغلی چه نوع رابطه ای وجود دارد.
برای حل مساله فوق سوالهای زیر مطرح شده است:
1-3 سوال اصلی:آیا وجدان کاری بر عملکرد شغلی کارکنان حوزه مدیریت توسعه منابع انسانی شرکت ملی نفت تاثیر معناداری دارد؟
1-4 سوالات فرعی:آیا وجدان کاری بر رعایت مقررات و انضباط اداری تاثیر معنا داری دارد؟
آیا وجدان کاری بر رفتار و برخورد مناسب با ارباب رجوع و همکاران تاثیر معنا داری دارد؟
آیا وجدان کاری بر پشتکار و جدیت در کار تاثیر معنا داری دارد؟
آیا وجدان کاری بر میزان مهارت کارکنان تاثیر معنا داری دارد؟
آیا وجدان کاری بر میزان دانش کارکنان تاثیر معنا داری دارد؟
آیا وجدان کاری بر خودانگیزشی کارکنان تاثیر معنا داری دارد؟
آیا عملکرد و ابعاد آن (پشتکار و جدیت در کار، رعایت مقررات و انضباط اداری، رفتار و برخورد مناسب با ارباب رجوع و همکاران، مهارت، دانش و خود انگیزشی) در شرکت ملی نفت ایران مدیریت توسعه منابع انسانی در سطح مطلوبی قرار دارد؟
آیا وجدان کاری و ابعاد آن ( سخت کوشی، آینده نگری در انجام وظایف، انجام رسانیدن و نهایی کردن کار، انجام وظایف با کیفیت مورد انتظار، توجه مستمر به بهبود کارها، تصمیم گیری واقع بینانه بر اساس علم و اطلاعات صحیح، تقدم منافع فردی بر منافع شخصی، خودکنترلی و انجام کار بدون نظارت مستقیم، وقت شناسی و حاضر و ناظر دانستن خدا در انجام وظایف) در شرکت ملی نفت ایران مدیریت توسعه منابع انسانی در سطح مطلوبی قرار دارد؟
1-5 هدفهای تحقیق :اهداف پژوهشی زیر در راستای مساله تحقیق می باشند که در ذیل بدان ها اشاره شده است:1-5-1 هدف اصلی تحقیق
بررسی تاثیر وجدان کاری بر عملکردشغلی کارکنان شرکت ملی نفت ایران-مدیریت توسعه منابع انسانی
1-5-2 هدف های فرعی تحقیقبررسی تاثیر وجدان کاری بر رعایت مقررات و انضباط اداری.
بررسی تاثیر وجدان کاری بر رفتار و برخورد مناسب با ارباب رجوع و همکاران .
بررسی تاثیر وجدان کاری بر پشتکار و جدیت در کار.
بررسی تاثیر وجدان کاری بر خود انگیزشی کارکنان.
بررسی تاثیر وجدان کاری بر میزان مهارت کارکنان.
بررسی تاثیر وجدان کاری بر میزان دانش کارکنان.
بررسی سطح مطلوبیت عملکرد و ابعاد آن (پشتکار و جدیت در کار، رعایت مقررات و انضباط اداری، رفتار و برخورد مناسب با ارباب رجوع، قابل اعتماد بودن، انعطاف پذیری و خود جوشی) در شرکت ملی نفت ایران-مدیریت توسعه منابع انسانی.
بررسی سطح مطلوبیت وجدان کاری و ابعاد آن ( سخت کوشی، خود کنترلی، آینده نگری در انجام وظایف، انجام رسانیدن و نهایی کردن کار، انجام وظایف با کیفیت مورد انتظار، توجه مستمر به بهبود کارها، تصمیم گیری واقع بینانه بر اساس علم و اطلاعات صحیح، تقدم منافع فردی بر منافع شخصی، وقت شناسی و حاضر و ناظر دانستن خدا در انجام وظایف) در شرکت ملی نفت ایران-مدیریت توسعه منابع انسانی.
1-6 اهمیت تحقیقبرای بیان اهمیت تحقیق می توان از روشهای زیر استفاده کرد (مارشال وراس من ،ترجمه اعرابی و پارسائیان، 1376، ص 41-34) :
بیان تحقیق از دیدگاه خبرگان و نوشته سیاستگذاران
اهمیت تحقیق از نظر تئوری
اهمیت تحقیق از نظر سیاستگذاری
اهمیت تحقیق حاضر از دیدگاه بزرگان و صاحبنظران مدنظر می باشد چراکه رهبر معظم انقلاب بارها و بارها بر وجدان کاری تاکید کرده اند و به نویسندگان، پژوهشگران، مدیران و کارگزاران توصیه فرمودند که جهت حاکمیت این سه شعار مهم یعنی(وجدان کاری، انضباط اجتماعی و انضباط اقتصادی) تلاش و کوشش داشته باشند (محمد ایراندوست، 1375، ص 58 ).
اهمیت دیگر این تحقیق در آن است که با وجود اینکه بیش از یک قرن از تدوین تئوریهای سازمان می گذرد، هنوز نظریه مستقل و جداگانه ای در خصوص وجدان کاری ارایه نشده و مطالب جزیی و پراکنده موجود تحت مفاهیم کلی "اخلاق کاری" و روحیه سازمانی می باشد(میرزایی اهرجانی، 1377، ص 6-3).
اهمیت تحقیق حاضر از نظر سیاستگذاری در وهله اول به جامعه آماری و سپس به سایر سازمانها مربوط می شود.
1-7 چارچوب نظری تحقیق :در این تحقیق به منظور دستیابی به یک مدل علمی معتبر در زمینه وجدان کاری و عملکرد شغلی، ادبیات مدیریت در دو حوزه مذکور مورد بررسی قرار گرفت و مدل ها و شاخص های در دسترس ارایه شده در تحقیقات داخلی و خارجی در خصوص موضوعات صدرالاشاره جمع آوری گردید.
بر اساس نظر خبرگان مدل عملکرد استریز و بیگلی و پورتر انتخاب شد و شاخص ها و زیر شاخص‌های آن با استفاده از تکنیک دلفی انتخاب گردیده و روایی آن سنجیده شده و جمعی از اساتید موافق انتخاب این شاخص ها به منظور سنجش متغییرهای این تحقیق بوده اند که در ذیل بدانها اشاره شده است. برای متغیر وجدان کاری مدل دکتر علاقه بند و سلیمی دانشگر بر اساس شاخص های وجدان کاری احصا شده و با استفاده از تحقیقات داخلی و خارجی و همچنین نظر خبرگان توسعه یافته است.
مفهوم ابعاد شاخص ها زیر شاخص ها
عملکرد کارکنان توان (تخصص) دانش داشتن مهارتهای شغلی
افزایش مهارتهای شغلی
شرکت فعال در دوره های آموزشی
مهارت تسلط به کار
حداقل اشتباه در انجام وظیفه
تمایل (نگرش و موقعیت) رعایت مقررات و انضباط اداری حضور بموقع در محل کار
رعایت سلسله مراتب اداری
انجام بموقع وظایف
رفتار و برخورد مناسب با ارباب رجوع و همکاران تلاش در جهت رفع مشکلات ارباب رجوع
رفتار مناسب با ارباب رجوع
رفتار مناسب با همکاران
کمک به همکاران در صورت نیاز آنها
پشتکار و جدیت در کار اجرای سریع دستورات
پیگیری امور محوله تا حصول نتیجه
مطالعه مستمر دستورالعمل‌ها و بخشنامه ها
انجام بموقع وظایف شغلی
خود انگیزشی دلسوزی و احساس مسئولیت در کار
انجام کار بدون نیاز به کنترل و نظارت
تشخیص نیازهای واحد و ارائه راه حل
203807381000جدول شماره (1-1)-شاخص های عملکرد شغلی برگرفته شده از الگوی استیرز، پورتر و بیگلی00جدول شماره (1-1)-شاخص های عملکرد شغلی برگرفته شده از الگوی استیرز، پورتر و بیگلی
مفهوم ابعاد شاخص ها -17145-451485جدول شماره (1-2)-شاخص های وجدان کاری برگرفته شده از الگوی سلیمی دانشگر- علاقه بند
00جدول شماره (1-2)-شاخص های وجدان کاری برگرفته شده از الگوی سلیمی دانشگر- علاقه بند
زیر شاخص ها
وجدان زمان سخت کوشی انجام وظایف بدون کم کاری
پیگیری در به ثمر رسانیدن وظایف محوله
آینده نگری در انجام وظایف انجام کارهای روزمره با توجه به منافع آتی سازمان
انجام کارهای روزانه با نظم وترتیب
توجه به نتیجه کارهای خود و تاثیر آن بر واحدهای دیگر
وقت شناسی انجام درست کار در کمترین زمان
انجام بموقع کارها
کمیت
(کار) انجام رسانیدن و نهایی کردن کار داشتن صبر و تحمل لازم در انجام کار
به پایان رساندن یک کار وسپس آغاز کاری دیگر
اهمیت داشتن انجام کار بدون توجه به هزینه و زمان آن
عدم نیاز به تایید و تشویق دیگران درانجام کار
کیفیت (کار) انجام وظایف با کیفیت مورد انتظار توجه بیشتر به کیفیت کار در مقایسه با کمیت کار
کمک گرفتن از همکاران برای انجام هرچه بهتر وظایف
توجه مستمر به بهبود کارها موافقت با اعمال تغییر روند انجام کار در راستای منافع سازمان
قرار دادن اطلاعات در اختیار همکاران برای انجام بهتر کارها
ارائه پیشنهاد برای بهبود کارها
انتقاد پذیری از همکاران
تذکر به همکاران برای بهبود کارها
تصمیم گیری واقع بینانه بر اساس علم، آگاهی و اطلاعات صحیح انجام کار پس از بررسی همه جوانب و تصمیم گیری بر اساس اطلاعات صحیح
تلاش برای آگاهی از شرح وظایف و قوانین مربوط به کار
کسب اطلاع از جزئیات انجام کار و قبل از شروع
معنوی
خود کنترلی و انجام کار بدون نظارت مستقیم داشتن دقت و سرعت در انجام کارهایی که موجب ارتقا و پاداش است
نداشتن عجله در انجام کارهای عادی محوله
دقت بیشتردر انجام کاری که کنترل می شود
تقدم منافع جمعی بر منافع شخصی اظهار نظر به نفع منافع سازمان علی رغم وجود تضاد با منافع شخصی
موافق بودن با اعمال تغییرات در راستای منافع سازمان علیرغم عدم آمادگی شخصی
در نظر گرفتن منافع سازمان بجای منافع شخصی در انجام کارها
پذیرش پست و مقام با وجود عدم آشنایی و تسلط به آن
پذیرش ضوابط و مقررات کاری علی رغم تضاد با منافع شخصی
آمادگی برای انتقال به واحدی که به تخصص ایشان نیاز دارد (با وجود سخت بودن آن کار)
حاضر و ناظر دانستن خدا در انجام وظایف کار کردن به خاطر خدا و رضایت او
1-8 مدل تحقیق :-23169030186200
(منبع: الگوی عملکرد کارکنان استیرز، بیگلی و پورتر) (منبع: برگرفته ازعلاقه بند- سلیمی دانشگر-1378)
شکل (1-1) مدل مفهومی تحقیق1-9 قلمرو تحقیققلمرو موضوعی: این تحقیق وجدان کاری و اثرات آن بر عملکرد نیروی انسانی را مورد بحث قرار می دهد.
قلمرو مکانی: این تحقیق در شرکت ملی نفت ایران ( معاونت توسعه منابع انسانی ) صورت پذیرفته است.
محدوده زمانی این پژوهش از آذر ماه 92 تا مرداد ماه 93 می باشد.
1-10 روش تحقیقاین پژوهش کاربردی می باشد و روش آن بر اساس نحوه گردآوری داده ها، توصیفی و از نوع همبستگی می باشد. بدان معنی که با استفاده از روش توصیفی به مطالعه و بررسی تاثیر وجدان کاری بر عملکرد شغلی کارکنان شرکت ملی نفت ایران پرداخته شده و با استفاده از روش های آماری توصیفی و استنباطی مورد آزمون قرار گرفته است.
1-11 جامعه آماریتعداد عناصر مطلوب مورد نظر که حداقل یک صفت مشخص را دارا باشند، جامعه آماری را ایجاد می کنند (آذر و مومنی، 1384، ص 5).
در تحقیق حاضر جامعه آماری متشکل از مکان (شرکت ملی نفت ایران) و افراد (مدیران، رؤسا، مسئولان و سرپرستان مدیریت توسعه منابع انسانی) است که برابر با 149 نفر می با شد.
1-12 روش و ابزار گردآوری اطلاعاتدر این پژوهش از ابزارهای روش میدانی شامل پرسشنامه و مشاهده جهت جمع آوری اطلاعات استفاده شده و مطالعات وبررسی های لازم درباره مبانی تحقیق، ادبیات موضوعی تحقیق، سوابق مساله و موضوع تحقیق نیز با استفاده از روش کتابخانه ای و مطالعه منابع، پایان نامه ها و تحقیقات مرتبط صورت پذیرفته است.در تحقیق حاضر از دو پرسشنامه استاندارد استفاده شده است :
پرسشنامه وجدان کاری سلیمی دانشگر با 32 سوال در خصوص وجدان کاری (دو پرسش آن بعلت مشترک بودن در پرسشنامه عملکرد کارکنان ادغام شده است)
پرسشنامه در خصوص عملکرد کارکنان حاوی 18 سوال .

1-13 تعریف عملیاتی و مفهومی واژه ها1-13-1 وجدان کاریتعریف مفهومی : انجام بیشتر (بعد کمی) و بهتر (بعد کیفی) کار در کمترین زمان (بعد زمان) بدون نیاز به نظارت و کنترل بیرونی (بعد معنوی) (رضایی زاده، محمود، متقی نیک، علیرضا).
تعریف عملیاتی: در این تحقیق وجدان کاری بر اساس شاخص های ارائه شده در جدول (1-2) اندازه گیری و سنجش می شود. با توسل به شاخصهای تحت الاشاره مفهوم وجدان کاری تعریف شده است، هرچند هیچ ادعایی دال بر جامع و مانع بودن تقسیم بندی فوق وجود ندارد.
1-13-2 عملکرد شغلیتعریف مفهومی: عملکرد عبارت است از مجموعه رفتارهای مرتبط با شغل که افراد از خود نشان می دهند (گریفین، 1390، 354).
تعریف عملیاتی: عملکرد شغلی را می توان به عنوان تابعی از توانایی و انگیزش (تمایل) تعریف کرد(استریز، بیگلی و پورتر) که مجموع ارزش های مورد انتظار سازمان از قبیل رعایت مقررات و انضباط، برخورد مناسب با ارباب رجوع ، قابل اعتماد بودن و داشتن پشتکار، دانش و مهارت کافی در کار و خودانگیزشی را شامل می شود( اردکانی ثابت-1389).
1-13-3 کارکنانکارکنان یک سازمان آن دسته از افراد حقیقی هستند که بصورت پیمانی، روز مزد، یا استخدام رسمی در آن سازمان شاغل به کار هستند(هدایی، 84، ص 5). در این پژوهش جامعه کارکنان را مدیران، روسا و سرپرستان شاغل در مدیریت توسعه منابع انسانی شرکت ملی نفت ایران تشکیل می دهند.1-13-4 شرکت ملی نفت ایرانمسئول بهره‌برداری، استخراج، پالایش، پخش و صادرات منابع نفت ایران و از بزرگ‌ترین شرکت‌های نفتی جهان است و در شهر تهران مرکزیت دارد. این شرکت در سال ۱۳۲۷ خورشیدی پس از ملی شدن نفت ایران تاسیس شد و جایگزین شرکت نفت ایران و انگلیس شد (پایگاه اطلاع رسانی پتروشیمی و فرآورده های نفتی).

فصل دوممبانی نظری و پژوهشی تحقیق
2-1 مقدمهبررسی دقیق ادبیات تحقیق باعث می شود که بتوان درون تحقیقات سنتی و بر پایه محتوای پژوهش های ذی ربط یک چارچوب معقول و منطقی برای پژوهش ارائه کرد. مروری بر ادبیات تحقیق با عث می شود که چهار هدف کلی یا جامع تامین گردد. نخست آنکه نشان دهنده مفروضات اصلی است که پرسش های عمومی تحقیق بر پایه آنها شکل گرفته و در صورت امکان باید نشان دهنده الگوی تحقیق نیز باشد و فرضیه ها و ارزش هایی را شرح دهد که پژوهشگر آنها را به دنیای تحقیق وارد کرده است. دوم آنکه نشان دهد پژوهشگر درباره موضوع دانشی وسیع دارد و از روشهای ذهنی که تحقیق را احاطه می کند بهره کافی برده است. سوم آنکه نشان دهد پژوهشگر با مراجعه به زمینه تحقیق متوجه نوعی کسر و کمبود در ادبیات تحقیق شده است و اینکه تحقیق مورد نظر می تواند نیاز خاصی را تامین کند. سرانجام مرور بر ادبیات موجب می شود که پرسش های تحقیق و فرضیه های اثبات نشده آزمایشی، پالایش شده و بتوان از این پرسشها در بستر تحقیقات تجربی گسترده تری استفاده کرد(مارشال وراس من، ترجمه اعرابی و پارسیان، 1377 ، 42-41 ).
این بخش از تحقیق که مروری بر ادبیات است، چارچوب تحقیق و زمینه هایی علمی که تحقیق مزبور درصدد بسط و گسترش آنها است را مشخص می کند. در بخش بعدی، پژوهشگر باید تحقیقات پیشین را که با پرسش عمومی مطرح شده ارتباط دارند، بررسی کرده و مورد نقد قرار دهد. پژوهشگر تحقیق حاضر را در زمینه خاصی صورت داده که تا کنون مورد بررسی و تحقیق قرار نگرفته و یا اینکه نشان می دهد که باید یک طرح تحقیق متفاوت ارایه گردد(مارشال وراس من، ترجمه اعرابی و پارسیان، 1377 ،ص 42 ).
2-2 وجدان کاری2-2-1 مبانی نظری وجدان کاریدر قرآن کریم واژه وجد و مشتقات آن در معانی یافتن و دیدن، اطلاع و آگاهی و رسیدن مورد استفاده قرار گرفته است و به عنوان نفس لوامه نیز تعبیر شده است که با انجام کار زشت انسان را نکوهش می کند (وکیلی، 87، ص 17).
2-2-2 معنی وجدان در زبان و فرهنگ فارسیکلمه وجدان (به کسر واو) اسم مصدر است به معنای یافتن، یافتن مطلوب، نفس و قوای باطنی آن، قوه باطنی که خوب و بد اعمال بوسیله آن ادراک می شود(دهخدا،1373، ص 20447، فرهنگ عمید، 1370 ص 1241 ).
2-2-3 معنی وجدان در زبان و فرهنگ لاتین
وجدان در زبان انگلیسی و فرانسه در مقابل واژه (Conscience) آمده است و آن عبارتست از : احساس قدرت تشخیص خوب از بد در درون فرد( حییم، فرهنگ فارسی- انگلیسی).
با توجه به شباهت محتوایی تعریف وجدان در زبان فارسی و انگلیسی می توان آن را به معنای نیروی درونی که خوب و بد اعمال بوسیله آن ادراک می شود و تصمیمات لازم جهت انجام کارهای خوب و دوری از اعمال بد گرفته می شود، دانست(سلیمی دانشگر، 78، ص 40 ).
2-2-4 وجدان از دید صاحبنظران
در دیگاه روانکاوان و سرسلسله آنان فروید، وجدان مظهر درونی سازی هنجارهاست. آنگاه که هنجاری را صرفا به جهت عوامل محیطی رعایت می کنیم، محرک عمل یا ترک عمل ترس است. این محرک برخلاف پندار اصحاب زور نه مفید است نه اقتصادی. به نظر می رسد عنصر ترس، نه تنها در زمره ضعیفترین عناصر جامعه پذیری است بلکه از ناپایدارترین عناصر نیز به شمار می آید.
اما آنگاه که موازین اجتماعی را در درون فرد جای می دهیم، گویی کارگزاران هنجار گذار را به درون خانه ذهن آدمیان راه داده ایم و هنجارهای درونی شده بهترین ضمانت تحقق را در حال می یابند.
فروید بر جدال فراخود در برابر نفس لوامه تاکید داشت. زیرا انسان و عمل او را برایندی از تقابل و تضاد این دو می دید.
توفیق هر جامعه در درونی کردن هنجارهای اجتماعیست و وجدان عالیترین وسیله تحقق این هدف است.
وجدان کار نیز در امتداد همین تعریف قرار می گیرد و منظور این است که انسانها کار را نه وسیله ای برای اسقاط تکلیف، بلکه به عنوان یک رسالت در نظر گرفته و حاصل کار را امتداد وجود خویش بدانند(ساروخانی، 1377، ص 125).
نویسندگان بزرگ و ادبای شرقی و غربی، آنان که انسان را از نزدیک و از جهات مختلف مورد مطالعه قرار داده اند، درباره قلمرو درونی انسانها هنوز پدیده ها را از یگدیگر تفکیک ننموده اند. گاهی دل می گویند و مقصودشان وجدان است و گاهی وجدان می گویند و مقصودشان دل است.
ویکتور هوگو می گوید وجدان مرکز اختلاط اوهام و علایق، کوره احلام و کنام افکاریست که انسان از آن شرم دارد.
ابن سینا می گوید : اهل معرفت که دارای درون منزه هستند هنگامی که کثافت های مادی را از خود دور نمودند و از اشتغالات پست رها شدند رو به عالم قدس و سعادت برده و با کمال اعلا به هیجان در می آیند و برای آنان لذت عالیه ای روی می دهد.
حضرت علی (ع) می فرماید: همین خواص و پیش تازان بی وجدانند که تاریخ بشریت را به روز سیاه کشانده اند (جعفری، محمدتقی، 1367).
2-2-5 معنا و تعریف وجدان کاریرهبر معظم انقلاب وجدان کاری را به شرح ذیل بیان داشته اند:
افراد دارای وجدان کاری " کار را یک عمل صالح، یک وظیف حقیقی، یک عبادت و یک مسئولیت اجتماعی و سیاسی تلقی می کنند، که معنای وجدان کاری همین هایی است که عرض کردم".( پیام نوروزی 74 رهبر معظم انقلاب).
با عنایت به تعریف فوق و اینکه کار فقط وسیله امرار معاش نمی باشد و نوعی عبادت است، می توان اذعان داشت که چنین نگاهی خستگی ناشی از کار را از تن ربوده و موجبات پیشرفت جامعه نیز می شود.
هنگامیکه نیروی درونی سازمان از وجدان درونی برخوردار شود، نیکخواهی و پرهیز از اعمال بد را به فعالیتهای خویش در سازمان نیز تعمیم می دهد.
بنابراین "وجدان کاری" (conscience of work) را می توان حالت، کشش، کیفیت، روحیه و نیرویی در کار دانست که با توجه به زمینه مناسب در انسان که خوب وبد اعمال را ادراک می کند، از یک کیفیت بالای مسئولیت پذیری (Responsibility) و توجه به نیک خواهی و عدالت برخوردار می شود ( صدفی، 1377، ص 142).
به منظور جلوگیری از رخوت، بی کاری، کم کاری، مسئولیت گریزی، فساد و کلاهبرداری، تقلب و تزویر و... در سازمان، عاملی به نام وجدان کاری نقش مهمی ایفا میکند. بنابراین وجدان کاری نوعی انگیزش (motivation) در کارکنان و افراد جامعه می باشد که ارتقای آن موجب انجام کار بهتر و بیشتر در عرصه های مختلف اجتماعی به عنوان یک وسیله نه هدف و در نهایت موجب توسعه (Development) عدالت، عبادت و سلامت جامعه می گردد. بدین اعتبار وجدان کاری همان انگیزه ای است که موجب تحرک، اهمیت دادن به وظایف، پیگیری و به ثمر رساندن آنها می شود. به منظور ایجاد و تقویت وجدان کاری می توان اولا یک انگیزه معنوی را ایجاد نمود و ثانیا به آن شکل سازمانی داد و ثالثا توسعه آن را کنترل کرد
( دانشگر، 78،ص 52 و53 ).
وجدان کاری در سازمان یعنی آن حس اخلاقی که فرد درست و بطور کامل به انجام وظیفه سازمانی می پردازد، بطور روشن تر وقتی می توان گفت فرد دارای وجدان کاری است که حقوق کار و اشخاص ذی ربط را بطور طبیعی و به حکم وجدان انجام دهد و ضوابط و پاداش و تنبیه در آن اثر نداشته باشد. باید افزود که وجدان کاری هر فرد مربی درونی اوست که نقش خود را از زمان آغاز کار تا پایان آن انجام می دهد و در تمام مراحل خود را از گزند دشمن داخلی و یا همان خود نفسانی در امان نگه می دارد(بخشی، 74، ص 6).
وجدان کاری نوعی نگرش است که آدمی با عنایت به وجدان، کار خود را به انجام می رساند و نهایت تلاش خود را بکار می گیرد تا کار خود را بصورت کامل انجام دهد و پیش از انچه دیگران از نقصان کار او ناراحت شوند، او خود دیگر است و نسبت به تکمیل آن باز تلاش نهایی خود را به کار می گیرد(جعفری، 1367).
بطور خلاصه وجدان کاری وضعیتی می باشد که در آن افراد جامعه در مشاغل گوناگون سعی دارند تا امور محوله را به بهترین وجه ممکن و دقیق و کامل و با رعایت اصول بهینه سازی انجام دهند. مبتنی بر این تعریف می توان وجدان کاری را در درون فرهنگ کار و باور کارکنان و یا مفهوم اخلاق کار - اصول و قوانین درون زای اخلاقی جهت تقویت رفتار یا کار صحیح جستجو کرد.
اگر انرژی های مربوط به وجدان به سوی کار متمرکز و معطوف شود، وجدان کاری شکل می گیرد. وجدان کاری نوعی خود کنترلی جهت انجام بهتر و بیشتر( کیفیت و کمیت) وظایف و امور محوله است. وجدان کاری حالتی است که نیروی انسانی سازمان بدون وجود عناصر بیرونی، خود به کمیت وکیفیت کار می اندیشد. وجدان کاری حالت، احساس، گرایش، و نیروی درونی و نیروی انسانی است که اورا بدور از کنترل و نظارت مستقیم مافوق به انجام هر چه بیشتر و بهتر وظایف محوله وا می دارد. وجدان کاری در معنای روانشناختی نوعی انگیزاننده درونی است که فرد را به انجام مطلوب وظایف وادار می کند. وجدان کاری در معنای جامعه شناختی نوعی احساس و عزم درونی در فرد است که او را نسبت به جامعه و سرنوشت آن مسئول ساخته و فرد با انجام بهتر وظایف در سازمان سعی در داشتن نوعی نقش در سرنوشت جامعه را دارد. وجدان کاری در معنای روانشناسی اجتماعی نوعی تعهد درونی نسبت به گروه است که فرد در مقابل آن مسئولیت دارد. وجدان کاری در معنای اخلاقی و مذهبی نوعی نیروی معنوی است که فرد کار کردن را نوعی عبادت و حتی برترین عبادت می داند(دانشگر،78، ص 54 ).
در جامعه اسلامی ما مفهوم وجدان کاری رنگ و بوی الهی به خود گرفته و انسانها بر این باورند که مصدر ارزشها خداوند متعال است و در همه جا حاضر و ناظر است، پس تلاش می کند افعال خود را بر مبنای رضایت او انجام دهند.
هدف از ارایه تعاریف مختلف جدان کاری از منابع گوناگون این بود که این مفهوم از دیدگاه های مختلفی مورد بررسی قرار گیرد.
در اغلب تعاریف به موارد زیر اشاره شده است:
انجام کار بهتر و بیشتر
خود کنترلی
نیروی درونی
نگریستن به کار به عنوان وسیله تکامل فردی
تعهد نسبت به انجام وظایف
عدم نیاز به وجود ناظر و کنترل کننده
2-2-6 مفاهیم مشابه با وجدان کاریوجدان کاری با مفاهیمی از قبیل انضباط، روحیه، کارایی، انگیزش و تعهد در حالی که رابطه نزدیک دارد، متفاوت است.
2-2-6-1 وجدان کاری و انضباط
انضباط به معنی تربیت مبتنی بر نظم خاص است، در مسائل اجتماعی، شیوه زندگی مبتنی بر قانون را انضباط گویند که برای رعایت آن قوانین به یک نیروی خارجی نیاز است. در این شرایط، مجریان قانون تنها وظیفه تنبیه خاطیان را به عهده دارند و کسانی که قانون را محترم می شمارند تنها به وظیفه خود عمل کرده اند، در حالی که وجدان کاری، نیرویی است درونی که هم پاداش می دهد (در صورت رضایت درونی) و هم کیفر (در صورت عذاب وجدان).
2-2-6-2 وجدان کاری و روحیهروحیه را نیرویی می دانند که به یاری آن فرد خود را در تطابق کامل با سازمان می بیند و وظایف خود را با علاقه و انضباط انجام دهد. به این ترتیب، روحیه از تطابق فرد و سازمان منتج می شود در حالی که وجدان کاری حاصل احساس و تعهد درونی فرد در قبال وظایفی است که پذیرفته است.
2-2-6-3 وجدان کاری و کاراییکارایی به استفاده بهینه از منابع اطلاق می شود و در واقع هنگامی کارایی بالاست که منابع انسانی در امور و وظایف محوله بهترین عملکرد را داشته باشند. بنابراین، بین کارایی و وجدان کاری می توان رابطه ای علی برقرار کرد، بدین ترتیب که وجدان کاری یکی از عوامل موثر بر کارایی است ولی بالا بودن کارایی الزاماً نتیجه بالا بودن وجدان کاری نیست.
2-2-6-4 وجدان کاری و انگیزشانگیزش عاملی است که موجب می شود تا انسانها کاری را انجام دهند که بعضی آن را نیرویی درونی و برخی نیز آن را نیرویی بیرونی می دانند، بنابراین تحلیل انگیزه در بررسی مسئله وجدان کاری از اهمیت فوق العاده ای برخوردار می باشد.
2-2-6-5 وجدان کاری و تعهد
رایلی و کادول، تعهد را به عوامل و انگیزه های درونی و بیرونی شغل تقسیم می کنند و سامرز، تعهد موثر را نوعی وابستگی و انضمام به سازمان می داند که به صورت پذیرش ارزش های سازمان و تمایل به باقی ماندن در سازمان تظاهر می نماید(روزنامه همشهری، 1384، ص10).
2-2-7 عوامل موثر بر وجدان کاری :در این بخش با فرض کردن وجدان کاری به عنوان متغییر وابسته به تجزیه و تحلیل عوامل موثر بر وجدان کاری می پردازیم.
به گفته فلیپ اسمیت تفکر منطقی باید سه ویژگی داشته باشد. جامعیت، تعمق و قابلیت انعطاف (شریعتمداری، 1370، ص 31).
تفکر و تحلیل باید دارای هر سه ویژگی باشد تا محقق را در فرایند مفهوم سازی کمک کند. به منظور داشتن دیدگاه تحلیلی عوامل موثر بر وجدان کاری از جوانب گوناگون، دیدگاه صاحبنظران مختلف مد نظر می باشد.
در بررسی عوامل موثر بر وجدان کار برخی صاحبنظران فقط به عوامل برون سازمانی اشاره داشته اند و برخی دیگر فقط به عوامل درون سازمانی اشاره کرده اند ولی آنچه مسلم است نقش و تاثیرمهم هر دوی آنها بر وجدان کاری است. از خلا های موجود در این زمینه می شود به عدم اولویت بندی در خصوص عوامل موثر بر وجدان کاری و نبود دیدگاه سیستمی و جامع در این خصوص اشاره کرد.
نقش عوامل اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی، ایدئولوژی، سیاسی، فردی وشخصی بر تقویت و یا تضعیف وجدان کاری و شکل گیری آن انکار ناپذیر بوده که همه آنها را میتوان از عوامل برون سازمانی تاثیر گذار بر وجدان کاری دانست.
عواملی چون ساختارهای رسمی وغیر رسمی موجود در سازمان و همچنین سبک مدیریتی حاکم در سازمان نیز در دسته عوامل درون سازمانی تاثیر گذار بر وجدان کاری می باشند.
نقش عوامل درون سازمانی و برون سازمانی موثر بر وجدان کار در شکل (2-1) آورده شده است.

شکل شماره (2-1) عوامل تاثیر گذار بر وجدان کاری (دانشگر،78، ص 76)تقسیم کار مطلوب و به کارگیری کارکنان بر اساس علاقه وتوانایی آنها و همچنین تنبیه و تشویق کارکنان میتواند از سبک ها و سیاست های مدیر باشند که مقوله وجدان کاری را تحت تاثیر قرار دهند.
2-2-8 تقویت وجدان کاریتقویت وجدان کاری و استفاده از انگیزه های مادی ضمن تقویت و تأکید بر اهداف معنوی است که دکتر بختیاری این شیوه را مورد تأکید قرار داده و اهم عواملی که در تقویت و اعمال حاکمیت وجدان کاری مؤثرند را موارد ذیل می داند: (دکتر صادق بختیاری-نشریه مدیریت دولتی، پاییز و زمستان ۱۳۷۷).
2-2-8-1 ویژگی های انسانی فرد
ویژگی های انسانی فرد در سازمان ها یکی از مهمترین عوامل در تقویت وجدان کاری است. اهمیت ویژگی های فردی از آنجا ناشی می شود که بسیاری از این ویژگی ها نقش فزاینده یا کاهنده در تعهد فرد دارند.اهم این ویژگی ها عبارتند از: الف) ویژگی های دموگرافی (مانند سن، جنس، وضعیت تأهل): این ویژگی ها اغلب برای هر فرد در شغل مربوطه خود فرصت ها و محدودیت هایی را ایجاد می کنند.ب) تخصص: بر خلاف افراد و کارکنان غیرمتخصص که بیشتر از ویژگی های فردی تأثیر پذیرفته، پای بندی آنها به سازمان به علت قابلیت اندک آنها در جابه جایی است، کارکنان متخصص تعهد آنچنانی به سازمان ندارند و بیشتر تعهد حرفه ای دارند.ج) تجربه و سابقه شغلی: هرچه سابقه شغلی فرد بیشتر باشد قدرت جابه جایی و تحرک شغلی او کمتر خواهد شد. همچنین تخصص و مهارت وی نیز بیشتر به سازمان خود اختصاص خواهد یافت و در نتیجه فرد را به شغل و سازمان خود حساس تر و متعهدتر می سازد. البته نیازهای انسانی نیز از آنجا که عامل تعیین کننده ویژگی های فردی است باید بررسی شود. (سلسله مراتب نیازهای مازلو روانشناس برجسته امریکایی)
2-2-8-2 ماهیت و نوع شغلماهیت شغلی که فرد انجام می دهد در میزان تعهد و وجدان کاری او نقش به سزایی را ایفا می کند. ماهیت شغل از لحاظ تنوع، غنی بودن، معنی دار بودن، میزان مسئولیت پذیری و تفویض اختیار و... قابل بررسی است.
غنی بودن شغل
گستردگی شغل
مسئولیت پذیری و تفویض اختیار: این امر عالی ترین جلوه احترام به افراد است و علاوه بر این که به تقویت اراده و قابلیت فرد کمک می کند، شهرت عمل فرد را نیز افزایش می دهد.
معنی دار بودن شغل: شغل در صورتی که بر اساس یک نظام ارزشیابی مورد قبول سنجیده شود درخور و با اهمیت جلوه می کند.
ارزیابی کارکنان سومین عامل سازمانی مؤثر در وجدان کار، عملکرد مؤثر مدیریت در ارزیابی کارکنان به روش های معین، مشخص و تشویق و تنبیه مناسب آنان و برنامه ریزی آموزشی برای کارکنان است.
آموزش مستمر تخصصی و عمومی امروزه ثابت شده است که آموزش یکی از بهترین طرق بالا بردن کارایی در سازمان است. در برخی موارد نداشتن وجدان کار به دلیل آن است که فرد مورد نظر واقعاً نمی داند که چه باید انجام دهد و چگونه انجام دهد.به قول فورینر «یکی از دلایل عمده برای انجام نیافتن کار مورد انتظار از سوی کارکنان این است که آنها نمی دانند چه طور انجام دهند.» معمولاً مدیران می خواهند مدت آموزش را به حداقل برسانند تا کارکنان زودتر به کار مشغول شوند و آموزش عقیدتی نیز بیشتر می تواند وجدان کاری یا تعهد اخلاقی را تقویت کند.مدیران در سازمان ها باید به این موضوع نیز توجه داشته باشند که آموزش ایجاد هزینه نیست بلکه ایجاد کارایی و اثربخشی بیشتر در سطح بیشتر است.
تقویت ایمان و تقوا در جامعه با ایجاد قانون و مقررات می توان افراد را تا حدی به انجام وظایف خود واداشت ولی در موارد متعددی استفاده از قانون و مقررات کاربرد ندارد در حالی که اگر ایمان و تقوا در جامعه حاکم باشد فرد تکلیف مورد نظر خود را به خوبی به انجام خواهد رساند. یکی از مباحث عمده مطروحه در مدیریت امروز، نظارت بر رفتارهای درون سازمان و کنترل آن است. در این زمینه روش های مختلفی ابداع شده ولی هیچ یک نتوانسته است مشکل نظارت را به طور کامل حل کند. اگر بتوان روح معنویت و ایمان را در دل کارکنان بارور ساخت و افراد اعتقاد پیدا کنند که: «خداوند به اسرار دل و ضمیر قلب ها آگاه است» (سوره مؤمن آیه ۱۹) آن گاه خود به خود مسئله نظارت حل می شود.
انگیزش و نقش اساسی آن یکی از عمده ترین عللی که در برانگیختن وجدان کاری نقش دارد انگیزش است. نظام های انگیزشی باید به گونه ای باشند که با ایجاد ارزش برای کار فرد، انتظار دریافت پاداش های متفاوت را برای آن ایجاد کند و امکان تشویق و تنبیه مناسب با عملکرد را برای فرد فراهم آورند.
تأمین اقتصادی نیروی کار در شرایطی می توان انجام مناسب کار را انتظار داشت که افراد از نظر اقتصادی در امنیت باشند و معیشت آنان تأمین باشد زیرا به اقتضای «من لا معاش له معاد له» از کسی که معیشتش تأمین نیست نمی توان برخورداری از وجدان کاری عالی را انتظار داشت. وجدان کاری و تأمین اقتصادی تعامل و وابستگی متقابل دارند. به گفته فرآردیوید نویسنده کتاب مدیریت استراتژیک، تا زمانی که صداقت و درستی در سازمان حاکم نشود آن سازمان رشد اقتصادی نخواهد داشت.
بعضی عوامل سبب تقویت وجدان کاری و بعضی دیگر باعث تضعیف و از بین رفتن آن می شوند. بحث وجدان کاری زمانی کامل است که به هردو عمل توجه کنیم. یعنی چنانچه فقط مکانیسم هایی برای ایجاد و تقویت وجدان کاری پیشنهاد شود، اما به عوامل بازدارنده هیچ توجهی نشود و عوامل مخرب نادیده گرفته شود، این مکانیسم ها بی اثر یا کم اثر خواهند بود. وجدان کاری با سه عامل فرد، کار و مدیریت در ارتباط است. بنابراین به منظور افزایش و تقویت وجدان کاری در هر سازمان باید هر سه عامل را مورد توجه قرار داد (هدایی، 84، ص42).
وجدان کارکنان در سازمان دارای جهات فرد، کار و مدیریت می باشد.یعنی چه کسی، چه کاری را تحت چه شرایطی (چه مدیریتی) انجام دهد. ترکیب این سه عامل با یکدیگر مبین میزان تلاشی است که فرد مصروف کار خود خواهد کرد. انطباق هرچه بیشتر و مناسب تر آنها با یکدیگر موجب وجدان کاری بیشتر خواهد شد.

نمودار(2-2) نمایی از رابطه فرد، کار و مدیریت (هدایی، 84، ص43)حالتهای 1 و 4 در عمل نمی تواند وجود داشته باشند چرا که هر کسی پیش از پیوستن به سازمان دارای وجدان کاری هرچند ضعیف است و انطباق کامل عناصر سه گانه بالا نیز امکان پذیر نیست. نمای فوق نشان دهنده آن است که هرچقدر این سه عامل باهم تناسب داشته باشند، میزان انطباق بیشتر و در نتیجه با ایجاد هم افزایی موجب وجدان کاری بیشتر خواهند شد (هدایی، 84، ص44).
2-2-9 شاخصها، نمایانگرها و معرفهای وجود و یا عدم وجود وجدان کاریعلوم انسانی و اجتماعی مشمول از مفاهیم و متغییرهایی است که در تعریف آنها توافقی بین صاحبنظران نیست و هرکس بر مبنای زمینه تجربی و دیدگاه خویش به تفسیر مفاهیم و متغییرها می پردازد. محققین علوم اجتماعی هنگامی که می خواهند مفاهیم و متغییرها را از حالت انتزاع و تجرید خارج کنند و به سطح عملیاتی برسانند دچار مشکل می شوند.
وجدان کاری نیز یک مفهوم کلی، مبهم، تفسیر پذیر و درونی می باشد که اندازه گیری آن بدون تعریف علمی و تجربی نمایانگرهای آن مشکل است.
با جمع بندی نظرات صاحبنظران مختلف ابتدا علایم دال بر وجود وجدان کاری و سپس علایم ضعف وجدان کاری در ذیل ارایه می شوند(دانشگر،78، ص 79).
2-2-9-1 شاخصها، نمایانگرها، معرف ها و علایم وجود وجدان کاریآگاهی از دلایل و ضرورت وظیفه محوله
اولویت بندی کارها و با برنامه کار کردن
احساس خوشحالی بعد از اتمام کار و ناراحتی هنگام به تعویق انداختن آن
تقدم منافع سازمانی و جمعی بر منافع شخصی
استفاده اثربخش از وقت، منابع و امکانات
به انجام رساندن کامل کار ونیمه کاره رها نکردن آن
سعی و تلاش در آگاهی از نقاط ضعف و قوت کارها و اجازه دادن به دیگران جهت انتقاد و پیشنهاد
آینده نگری در انجام کارها و اندیشیدن به نتایج دراز مدت
هماهنگی و همسویی کارهای در دست انجام با اهداف و رسالتهای سازمان
آگاهی از هماهنگی و همسویی کارها با وظایف سایر واحدهای سازمانی
مسئولیت پذیری آگاهانه و عدم قبول مسئولیت در وظایفی که مهارت، دانش و توان انجام آن را ندارد
غالب بودن عقل و منطق بر احساسات و عواطف در انجام کار
رعایت ضوابط سازمانی هرچند به نفع فرد نباشد
آگاهی از شرح وظایف، مقررات، دستورالعملها، آیین نامه ها و...
مطالعه در خصوص وظایف کاری و مشورت با افراد و توجه به یادگیری مداوم در خصوص مسایل سازمانی
سعی در آگاهی از کمیت و کیفیت وظایف محوله و ایجاد هماهنگی بین کمیت و کیفیت
خودارزیابی
انجام وظایف و کارها بدون توجه به کم کاری همکاران و تذکر دادن به همکاران جهت انجام صحیح وظایف
آگاه کردن مافوق در مواقع بروز اشتباه
وعده به قول
صراحت لهجه داشتن و عدم رودربایستی با همکاران در انجام وظایف
خود را در خدمت ارباب رجوع دانستن
شرکت در کارهای جمعی با وجود اطلاع از به میان نیامدن نامش
خلاقیت و نوآوری در انجام کارها
توجه مداوم به بهبود کارها و ابداع روشهای بهتر جهت انجام کارها
به حداقل رساندن کارهای شخصی در سازمان
ارایه پیشنهاد جهت بهبود کارها هرچند برایش زحمت و دردسر داشته باشد
2-2-9-2 شاخصها، نمایانگرها، معرف ها و علایم ضعف وجدان کاریکم کاری
انجام کار ضعیف
مصرف بی رویه منابع
مسئولیت گریزی
قبول مسئولیت کاری که دانش، توان و مهارت آن وجود ندارد
غیبت و مرخصی بیش از حد
پارتی بازی و تقدم روابط شخصی و گروهی به ضوابط سازمانی
سیاه کاری
عدم توجه به رضایت ارباب رجوع و محول کردن کار او به روزهای بعد با وجود توان انجام آن در همان روز


نظارت خواهی
عدم انتقاد از کار ناصحیح همکاران و ملاحظه منافع خود
تقدم منافع فردی، شخصی و گروهی بر منافع سازمانی
انجام کارهای شخصی در ساعات اداری
توجیه کارهای غلط و نادرست با دلایل غیر منطقی
قبول توامان چند مسئولیت و انجام ناقص آنها
عدم توجه به وقت و استفاده بهینه از آن
...
مجموع شاخصها و علایم ذکر شده در بالا نمی تواند به شکل جامع ضعف و یا وجود وجدان کاری را بیان دارد. در مقوله وجدان کاری عوامل فردی، درون سازمانی و برون سازمانی موثرند و این ویژگی متغییرهای علوم انسانی و اجتماعی می باشد. در یک نگاه کلی می توان گفت که وجدان کاری مفهومی نسبی می باشد و می توان شدت وضعف آن را بر روی پیوستار نشان داد.
شاخصها و نمایانگرهای وجدان کاری و یا عدم وجود آن، با استفاده از نظرات صاحبنظران مختلف و از منابع متعدد شاخصهای رفتاری، مطرح و مورد بحث قرار گرفته است.
در تحقیق حاضر در چهار بعد "زمان، کمیت کار، کیفیت کار و معنوی " از ده شاخص برای اندازه گیری وجدان کاری استفاده شده که بر اساس این ده معرف و پرسشنامه استاندارد موجود در زمینه وجدان کاری، پرسشنامه و گویه های این پژوهش طراحی شده است.

2-2-10 شاخص های وجدان کاری در این تحقیقابعاد و شاخص های وجدان کاری در این تحقیق موارد زیر می باشند، هرچند که هیچ ادعایی دال بر جامع بودن این شاخصها نیست، ولی این انتخاب بر اساس مطالعه مدلهای موجود و با هدف توسعه و نیز استفاده از نظر خبرگان صورت پذیرفته است و قابل دفاع می باشد:
2-2-10-1 شاخصهای بعد زمانسخت کوشی
آینده نگری در انجام وظایف
وقت شناسی
2-2-10-2 شاخص بعد کمیت کاربه انجام رسانیدن و نهایی کردن کار
2-2-10-3 شاخصهای بعد کمیت کارانجام وظایف با کیفیت مورد انتظار
توجه مستمر به بهبود کارها
تصمیم گیری واقع بینانه بر اساس علم، آگاهی و اطلاعات صحیح
2-2-10-4 شاخصهای بعد معنوی
خود کنترلی و انجام کار بدون نظارت مستقیم
تقدم منافع جمعی بر منافع شخصی
حاضر و ناظر دانستن خدا در انجام وظایف
2-2-11 آثار و پیامدهای وجدان کاری
در تحلیل کلان می توان از نظر رنسیس لیکرت که متغییرهای سازمانی را به سه دسته علی، میانجی و بازده تقسیم می کند استفاده کرد(هرسی و بلانچارد، ترجمه علاقه بند، 1371، ص 53)
از دیدگاه مدیریتی وجدان کاری تحت عنوان متغییر میانجی قرار می گیرد که تحت تاثیر متغییرهای علی، بر متغییرهای بازده اثر می گذارد(دانشگر، 78، ص 84).
رهبر معظم انقلاب به آثار و نتایج وجدان کاری بدینگونه اشاره فرموده اند:
" اگر در کشوری تولید در زمینه اقتصادی زیاد شده باشد، اگر کیفیت تولید بهتر و برتر شده باشد، اگر سازندگی و توسعه بیشتری پیدا کرده باشد، اگر کارهای اجتماعی، اداری و اقتصادی روان تر و آسان تر شده باشد، اگر اجناس مورد استفاده مردم فراوان و در دسترس بیشتر قرار گرفته باشد، این نشانه این است که در جامعه وجدان کاری بطور کامل بیدار شده است، یعنی در این کشور انجام دهندگان میلیونها کار دارای وجدان کاری می باشند. یعنی کار را یک عمل صالح، یک وظیفه حقیقی، یک عبادت و یک مسئولیت سیاسی و اجتماعی کرده اند که معنای وجدان کاری همین هایی است که عرض کردم. هر مقدار از کارها انجام شده باشد، پیداست وجدان کارى مقدارى تحقّق پیدا کرده و بیدار شده است. اگر خداى ناکرده در این زمینه‏ها هیچ پیش نرفته باشیم- که البته این طور نیست- در آن صورت دلیل این است که وجدان کارى تحرّکى پیدا نکرده است"(سادئی، 1375، ص 246).
شکل ( 2-3) به نقش وجدان کاری در بهره وری و فقرزدایی اشاره دارد.

شکل شماره (2-3) نقش وجدان کاری در بهره وری و فقرزدایی (مشبکی، 1377، ص 282)همانطوری که در شکل می بینید وجدان کاری و ارتقای آن منجر به انجام بهتر و بیشتر کار می شود که داشتن آرامش روحی و تولید با کیفیت و کمیت بهتر و بیشتر و همچنین کاهش فقر و محرومیت را در پی دارد.در عین حال داشتن آرامش قلبی و روحی ناشی از انجام کار صحیح، نتایجی چون سلامت، توسعه و رفاه جامعه را به ارمغان می آورد.
در ادامه اگر بخواهیم آثار وجدان کاری را در سه بعد فردی، سازمانی و ملی بیان کنیم به شکل (2-4) می توانیم اشاره کنیم.

شکل(2-4) عوامل تاثیرگذار بر وجدان کاری وآثار و پیامد های آن (دانشگر، 78، ص86)بر اساس مباحث مطرح شده و در نظر گرفتن عوامل موثر بر وجدان کاری، شاخصهای وجدان کاری و نتایج و آثار وجدان کاری، در جمع بندی می توان به موارد زیر اشاره داشت:

–99

دسترسی به خدمات:
توزیع پراکندگی شعب به صورت فیزیکی ، الکترونیکی و یا به وسیله تجهیزات نیمه الکترونیکی.
ویژگی خدمات:
متغیرهایی که در رابطه با خدمت هستند مانند متنوع بودن یا منحصر به فرد بودن.
اداره شکایات مشتریان:
نحوه پاسخگوئی به شکایات مشتریان اعم از اینکه رضایتمندانه باشد یا خیر.
320675153035بیان مساله
مطالعات اکتشافی و مصاحبه مدون
چارچوب نظری تحقیق
ارائه مدل دنیسون
ساخت ابزار و طراحی پرسشنامه
گردآوری داده ها
تجزیه و تحلیل داده ها
جمع بندی
00بیان مساله
مطالعات اکتشافی و مصاحبه مدون
چارچوب نظری تحقیق
ارائه مدل دنیسون
ساخت ابزار و طراحی پرسشنامه
گردآوری داده ها
تجزیه و تحلیل داده ها
جمع بندی

شکل 1-1: دیاگرام بلوکی مراحل اجرای پایان نامه
-367030297180فصل دوم
مبانی نظری تحقیق
00فصل دوم
مبانی نظری تحقیق

مقدمه
دراین فصل مبانی نظری پژوهش به طور اجمالی در سه بخش ارائه می گردد. در بخش اول مباحث رضایتمندی مشتریان شامل مفهوم رضایتمندی و عوامل مؤثر بر آن ،کیفیت خدمات درصنعت بانکداری ، روشهای اندازه گیری رضایتمندی و الگوی سنجش آن در بانکداری مورد بررسی قرار گرفته است.
در بخش دوم در خصوص فرهنگ سازمانی، به تعاریف ، ارائه الگوهایی در شناخت و بررسی فرهنگ سازمانی و ارتباط آن با عملکرد سازمان و رضایتمندی مشتریان، معرفی الگوی مورد نظر تحقیق و دلایل انتخاب آن و ارائه الگوی مفهومی تحقیق پرداخته شده است.
در بخش سوم به مروری بر تحقیقات پیشین مرتبط با موضوع پژوهش پرداخته می شود.
2 – 1 - بخش اول: رضایتمندی مشتریان
2 – 1 -1 مقدمه
یکی از مهمترین تحولاتی که در زمینه بهبود عملکرد در دهه آخر قرن بیستم به وقوع پیوست موضوع شناخته شدن اندازه گیری میزان رضایت مشتری به عنوان یکی از عناصر و الزامات اصلی سیستم های مدیریتی در موسسات وبنگاههای کسب وکار بود (وینی وکنجی،2001 ). مشاوران تجاری سازمانها به منظور شناخت مشخصات سازمانهایی که مشتریان آنها همواره راضی هستند، تلاش می کنند تا بتوانند ابزارهایی را در جهت ارزیابی رضایتمندی مشتریان بدست آورده و سیستمهای بهبود کیفیت مستمرکه پاسخگوی بازخورهای مشتریان می باشد را ایجاد کنند(سی اس اس پی،2007،ص5).
ارتقای ابزارهای مدیریت عملکرد و گسترش نگرش مشتری مداری که توسط محققان ، کارشناسان و مدیران سازمانهای تجاری صورت می گیرد ، نشان دهنده آن است که اکنون رضایت مشتری یکی از مهمترین عوامل در تعیین موفقیت سازمانها در امر تجارت و سودآوری به شمار می آید(وینی و کنجی،2001).
سازمانها موضوع رضایتمندی مشتریان را بمنظور افزایش مشتریان اصلی ، وفاداری مشتریان ، درآمد (بازده) ، سود ، سهم بازار و بقا خود ، مورد توجه قرار می دهند و تلاش می کنند تا مشتریان خود را راضی و خشنود نگه دارند و رضایت مشتری را بعنوان عامل اصلی بقا و سوددهی سازمان می دانند ( سی اس اس پی ، 2007 ، ص6)
بنابراین بسیار حیاتی است تا هر مؤسسه تجاری ، چارچوبی برای درک، تجزیه و تحلیل و ارزیابی وضعیت رضایتمندی مشتریانش در اختیار داشته باشد (وینی وکنجی،2001).
بنابر نظر لاولاک صنعت بانکداری همانند صنایع دیگر خدمات مالی ، با تغییر سریع بازار تکنولوژی های جدید ، عدم قطعیت اقتصادی ، رقابت شدید، نیازهای متنوع مشتریان و جو متغیر که باعث ایجاد مجموعه ای از چالشهای بی سابقه می شود ، مواجه است (کومار،2008، ص1). از آنجائیکه همه بانکها سعی و تلاش می نمایند که سهم بیشتری از بازار رقابت را کسب نمایند و رهبری بازار را در کنترل خود بگیرند، از مهمترین عواملی که بانکها را در این زمینه یاری می نماید مشتری مداری و اعتقاد راسخ کارکنان بانک به این مهم می باشد .
در این بخش ابتدا به مفهوم رضایتمندی و اهمیت دستیابی به آن پرداخته و در ادامه مباحثی در خصوص دسته بندی مشتریان، عوامل موثر بر رضایتمندی و مدل شکل گیری آن، کیفیت خدمات و مولفه های آن در صنعت بانکداری، روشهای اندازه گیری رضایت مندی مشتریان و معیارهای سنجش رضایتمندی در صنعت بانکداری ارائه می گردد.
2-1-2- مفهوم رضایتمندی مشتری
در اواخر دهه 1960، لویت اعلام کرد که هدف کسب وکار، ایجاد و حفظ مشتریان است(فاکس، 2000) در دهه های بعد و در پاسخ به فشارهای رقابتی ناشی از جهانی شدن و رقابت های بین صنایع و مناطق جغرافیایی، مدیریت روابط مشتری یا CRM شکل گرفت. و از زمانی که جهان در آستانه تغییر از اقتصاد مبتنی بر مبادله به اقتصاد مبتنی بر رابطه قرار گرفته، کسب و کارها نیز از محصول محوری به مشتری محوری تغییر جهت داده اند و می توان به وضوح دید که چگونه مفهوم CRM و نیاز به حفظ روابط دراز مدت با مشتریان، به عنوان مسئله ای مهم مطرح می شود. مهمترین دلیل این توجه مجدد به اهمیت مشتری در شرکت، تغییری است که در نحوه انجام کسب و کارها رخ داده است (گلدنبرگ، 2000).
پادیلا معتقد است: گونه های متفاوتی ازرضایتمندی مشتری می تواند برحسب موقعیت ، محصول یا خدمت وجود داشته باشد. عوامل مختلفی از جمله نوع محصول یا خدمات ، تجربیات مشتری ، تصمیم خرید، فروشنده، فروشگاه، تأمین کننده خدمات، شهرت و یا چیزهای دیگرمی تواند منجربه رضایت مشتری گردد (پادیلا،1996).
رضایتمندی مشتری یک ارزیابی کاملاً شخصی است که به میزان زیادی تحت تاثیر انتظارات فردی می باشد. محققینی چون الیور رضایتمندی/ عدم رضایت مشتری را بر اساس تائید یا عدم تائید انتظارات شخصی مشتری در قبال خدمات یا کالاهای دریافتی تعریف می کنند(سی اس اس پی، 2007، ص7).
سازمان تجارت جهانی رضایتمندی مشتری را یک مفهوم روانشناسی می داند که در برگیرنده یک احساس خوب و لذت بخش است که از بدست آوردن خدمت یا محصولی جذاب که مورد انتظار بوده است حاصل می شود. کلاوس رضایتمندی را اینگونه تعریف می کند: «برآورد ذهنی مشتری از تجربه مصرف بر پایه ارتباط بین ادراکات مشتری ومشخصه های عینی محصول» (پیزام و الیز، 1999، ص328-327).
کلی ترین تفسیر از رضایتمندی عبارت است از احساسی که از فرایند ارزیابی آنچه که دریافت شده در مقایسه با آنچه که در تصمیم خرید با توجه به نیازها و خواسته ها مورد انتظار بوده است، حاصل می شود(فکیکووا، 2004، ص59).
در بخش دولتی، تعریف رضایتمندی مشتری در برگیرنده تعاملات و ارتباطات مشتریان با ارائه کننده خدمات و تجربیات گذشته آن ها از خدمات دریافتی می باشد(سی اس اس پی، 2007، ص7).
2-1-3- اهمیت دستیابی به رضایتمندی مشتریان
رضایت مشتری، جزیی کلیدی از موفقیت و کامیابی سازمان است که با حاشیه سود بیشتر و رضایتمندی بیشتر کارکنان، حفظ مشتری و تکرار خرید مرتبط است(آپیا- آدو و سینگ، 1999؛ بری و پاراسورامن، 1992، کنراد، براون و هارمون، 1997، جونز و سازر، 1995، اشنایدر و بوون، 1995). کوخ- لابز معتقد است رقبا در صنایع مشابه با یک نوع تکنولوژی، استراتژی های قیمت و ...، به طور فزاینده ای در جستجوی کسب رضایت مشتری جهت کسب مزایای رقابتی هستند (دنیسون و همکاران، 2008، ص8).
رضایتمندی مشتریان یک ملاک اصلی برای تعیین کیفیتی است که به صورت واقعی توسط محصول یا خدمات تحویل مشتری می گردد(واورا، 1997). به بیان ساده رضایتمندی مشتری امری ضروری برای بقا شرکت ها می باشد. تحقیقات متعدد نشان داده است که هزینه جذب یک مشتری جدید 5 برابر هزینه حفظ مشتری فعلی است(نائومن، 1995). این امر لزوم رقابت در خصوص حفظ خدمات در سطح بالا، آگاهی از انتظارات مشتریان و بهبود خدمات و محصول را نشان می دهد(پیزام و الیز، 1999، ص326).
رضایتمندی مشتری به دلیل تاثیر آن بر روی تکرار خرید محصول وتبلیغات دهان به دهان، به عنوان عامل با اهمیتی برای همه شرکت های تجاری محسوب می شود(برکمن و گیلسون، 1986). رضایتمندی باورهای مثبت را سمت نام تجاری تقویت می کند (اسائل، 1987). پیتر و السون عقیده دارند که (پیتر و السون، 1987) :
«... چنانچه رضایتمندی مشتری از محصول یا نام تجاری وجود داشته باشد آن ها به احتمال بیشتری نسبت به خرید مجدد اقدام می کنند و به سایرین نیز در مورد تجربه مثبت خود از محصول یا خدمت، توصیه می کنند».
رضایتمندی مشتریان همچنین می تواند ارزانترین وسیله ترفیع باشد. محققین زیادی نرخ ترفیع را از این طریق 1 تا 10 (ناتسون، 1988) و یا 1 تا 5 (نائومن، 1995) تعیین کرده اند.
2-1-4-دسته بندی مشتریان
با توجه به تعریف مشتری(استفاده کننده از محصولات و خدمات سازمان) کسب اطلاعات دقیق در خصوص مشتریان، سازمان را قادر می سازد که محصولات / خدمات را مطابق با نیازهای مشتریان فراهم نماید. در فرایندهای یک سازمان، دو دسته مشتری وجود دارند: مشتریان داخلی و خارجی. مشتریان خارجی شامل مشتریان بازار می باشند وخود به دو دسته مصرف کنندگان نهایی و مشتریان میانی طبقه بندی می شوند، مصرف کنندگان نهایی به طور مستقیم از محصولات و خدمات استفاده می کنند و مشتریان میانی در زنجیره ارزش نقش واسطه را بین تولید کننده و مصرف کننده نهایی بر عهده دارند. مشتریان داخلی، مشتریان درون سازمان، یعنی کارکنان آن می باشند(فکیکووا، 2004).
رضایتمندی مشتریان داخلی(کارکنان) و مشتریان خارجی به صورت یک رابطه علی می باشد(ریچلد، 1996). رضایتمندی کارکنان زمینه ساز دستیابی به کیفیت برتر است، زیرا چنانچه سازمان نیازهای مشتریان داخلی را تامین کند، آن ها را در جهت انجام بهتر وظایفشان توانا می سازد و شبکه واحدهای سازمان را برای انجام کارها به طور موثر، با هدف دستیابی به رضایتمندی مشتریان، منسجم و منطبق می سازد. مسائل مرتبط با رضایتمندی کارکنان (نظیر جابجایی کارکنان و...) منجر به ایجاد مشکلات در کسب رضایت مشتریان می گردد. بنابراین رضایتمندی مشتریان داخلی، یکی از شرایط اصلی کسب رضایت مشتریان خارجی می باشد(فکیکووا، 2004).
این قضیه می تواند به شکل گیری روابط بهتر میان مدیران، کارکنان و مشتریان شرکت کمک کند(هکلووا،1999).
شکل2-1: چرخه رضایتمندی (فکیکووا، 2004)
همچنین مشکل اصلی که در رابطه با رضایتمندی مشتریان وجود دارد، این است که مدیران معمولاً به دنبال دستیابی سریع و آسان (کوتاه مدت) به منابع مالی هستند و در این میان، از نقش رضایتمندی کارکنان در رسیدن به رضایتمندی مشتریان خارجی و سودآوری غفلت می ورزند (شکل 2-1). این مساله زیانبار است، زیرا مدیریت بر مشتریان داخلی معمولاً آسانتر از مدیریت بر مشتریان خارجی است.رابطه مثبتی بین رضایتمندی مشتریان خارجی و عوامل زیر وجود دارد:
فشار روحی روانی کمتر کارکنان
وجود فرصت های مناسب برای پیشرفت و آموزش کارکنان
شرایط کاری
وفاداری کارکنان(فکیکووا، 2004، ص59-28).
2-1-5-عوامل موثربررضایتمندی مشتریان و مدل شکل گیری آن
براساس بررسی های انجام شده رضایتمندی مشتریان به دوعامل زیر بستگی دارد:
1)انتظارات مشتری، 2)کیفیت ادراک شده.
براین اساس می توان گفت:
34417042545انتظارات مشتری – استنباط مشتری ازکیفیت = رضایت مشتری
00انتظارات مشتری – استنباط مشتری ازکیفیت = رضایت مشتری

این عوامل منجربه شکل گیری مدل رضایتمندی مشتری براساس یکی از نظریه های مشهور رضایتمندی مشتری، یعنی نظریه عدم تأیید انتظارات می شود(تی بی اس،2002).
162560039687500110617073025کیفیت ادراک شده
انتظارات
رضایتمندی مشتری
00کیفیت ادراک شده
انتظارات
رضایتمندی مشتری

شکل (2-2) مدل شکل گیری رضایتمندی مشتری
بر اساس این تئوری، که در تحقیقات زیادی مورد تایید قرار گرفته است(الیور و دی سارلو، 1988) استفاده مشریان از کالاها وخدمات بر اساس انتظارات پیش از خرید در خصوص عملکرد مورد انتظار آن ها انجام می شود. زمانی که محصول یا خدمت خریداری و مورد استفاده قرار می گیرد نتایج در مقابل انتظارات مقایسه می شود، عدم تایید زمانی رخ می دهد که بین انتظارات و نتایج اختلاف(تفاوت) وجود دارد. عدم تایید منفی هنگامی رخ می دهد که عملکرد محصول/ خدمات پایین تر از انتظارات باشد. عدم تایید مثبت زمانی ایجاد می شود که عملکرد محصول/ خدمات بالاتر از انتظارات باشد. رضایتمندی در نتیجه عدم تایید منفی انتظارات مشتری حاصل می گردد(پیزام والیز، ص328-327).
براساس نتایج پژوهـش ها، میزان انتظارات و توقعات مشتریان به عوامل مختلفی از جمله زمینـه های فرهنگی ، سطح آمال و آرزوها، میزان درآمد، نیازهای شخصی، تجربه پیشین مشتریان، موقعیت خانوادگی ، سطح تحصیلات و... بستگی دارد (نژاد ایرانی،1387).
2-1-6-کیفیت خدمات
کیفیت خدمات ممکن است تحت عنوان“احساس خوب” مشتریان از آنچه که درطی فرآیند ارائه خدمات دریافت می کنند تلقی می شـود. ازطریق ارائه خدمـات باکیفیـت بالا، سازمـان می تواند به مشتریان خود نشان دهد که واقعا به آنها توجه دارد.
پاراسورمن، زیتمال و بری (1988) تعریف زیر را از کیفیت خدمات دریافتی ارائه داده اند: “یک قضاوت عمومی ، یا نگرش در ارتباط با برتری خدمات”.
کیفیت خدمات می تواند اینگونه تعبیر شود که سازمان چگونه می تواند به بهترین شکل خود را با نیازهای مشتریان منطبق سازد و آنها را با روشهای مختلف ارائه خدمات راضی نگه دارد (چاکرابارتی، 2006).
یافته ها نشان می دهد که کیفیت خدمات تاثیر مثبتی بر رضایت مشتری دارد و منجر به بهبود عملکرد سازمانی می گردد (کرونین و تیلور، 1992).
پاراسورمن، زیتمال و بری معتقدند : ارائه خدمات با کیفیت بسیار بالا می تواند منجر به دستاوردهای قابل ملاحظه ای برای سازمان گردد، نظیر افزایش سهم بازار، درآمد فروش و سوددهی (گرین و همکاران،2007،ص142-141).
388874012065سودآوری
00سودآوری
349567525844500195897519685رضایتمندی مشتری
00رضایتمندی مشتری
150431525082500-2349512065کیفیت محصول /خدمات
00کیفیت محصول /خدمات

شکل (2-3) وابستگی بین کیفیت ، رضایتمندی و سودآوری(فکیکووا، 2004)
محققینی از جمله اشنایدر و بووِن تاکید کرده اند که " سازمانهای خدماتی می بایست سه نیاز کلیدی مشتریان را حهت ارائه خدمات ممتاز، مدنظر قراردهند: " امنیت و اطمینان خاطر ، احترام، انصاف و عدالت ( اشنایدر و بووِن، 1995، ص3).
تحقیقات نشان داده است مجموعه ای از فاکتورهای کیفیت خدمات که مورد توجه مشتریان می باشد،به شرح ذیل است :
دقت،راحتی وآسایش،
مورد توجه قرارگرفتن،
قابلیت اعتماد واتکا،
حرفه ای بودن وصلاحیت وشایستگی کارکنان،
همدلی،
پاسخگویی،
اطمینان،
قابلیت دسترسی،
شواهد مملوس ومحسوس مانند امکانات فیزیکی، تجهیزات و ظاهرکارکنان
(ازبورن و پلاستریک،2001،ص332).
در سازمانهای خدماتی، ارزیابی کیفیت خدمات در حین ارائه خدمات معمولا در حین مواجهه مشتری و ارائه دهنده خدمت انجام می شود (پیزام و الیز، 1999، ص330).
پاراسورمن و همکاران (1991و 1988و 1985) پنج بعد عمومی کیفیت خدمات که می بایست در ارائه خدمت به منظور ایجاد رضایت در مشتری لحاظ شود، معرفی کرده اند (گرین و همکاران، 2007، ص142) :
1 ) شواهد فیزیک و ملموس – امکانات فیزیکی، تجهیزات و ظاهر کارکنان
2 ) اعتبار- توانایی انجام خدمات تعهد شده به صورت دقیق و قابل اتکا
3 ) پاسخگویی- تمایل برای کمک به مشتریان و فراهم کردن خدمات فوری
4 ) اطمینان خاطر- آگاهی و ادب کارکنان و توانایی آنها جهت ایجاد روحیه اعتماد و اطمینان در مشتریان
5 ) همدلی – مراقبت و توجهات فردی که سازمان نسبت به مشتریان دارد.
2-1-7-کیفیت خدمات درصنعت بانکداری
کیفیت خدمات در صنایع مختلف ازجمله بانکداری تأثیرزیادی بر روی گرایش به استفاده از خدمات دارد (کرونین وتیلور،1992) و همچنین رغبت مشتریان برای وفادارماندن نسبت به ارائه کننده خدمات در پی دارد (گرین وهمکاران،2007،ص142).
نیومن وکولینگ یک مطالعه تجربی در خصوص نوآوری در بهبود کیفیت در دو بانک انگلیسی انجام دادند که در آن ابزار جمع آوری داده ها برمبنای مدل سروکوآل بود. این دو مدل 10 جنبه از کیفیت خدمات ، شامل موارد زیررا مورد ارزیابی قرار داده است (نیومن وکولینگ،1996).
قابلیت اطمینان ، پاسخگویی ، صلاحیت وشایستگی، قابلیت دسترسی ، ادب واحترام ، ارتباطات، اعتبار ، امنیت ، فهم یا شناخت از مشتری و شواهد فیزیکی و ملموس (نائم وهمکار، 2008،ص2).
گروهی از محققین براین عقیده اند که برخی ازخدمات خاص موقعیت های ویژه بوده و نمی توان آنها را در همه موارد بکار برد. برای مثال فیبل کورن(1985) تحقیقی را بر روی سیتی بانک انجام داد ودریافت که رضایتمندی کلی از سیتی بانک براساس رضایتمندی از آخرین برخورد (مواجهه) با بانک در 5 حوزه اصلی ذیل ایجاد می شود:
برخورد تحویلدار
موقعیت باجه ارائه خدمات
دستگاه های خودپرداز
خدمات تلفنی (تلفن بانک)
رسیدگی به شکایات
او سپس نتیجه گرفت که آنچه که در همه 5 حوزه ارائه خدمات مشترک است، خواسته های مشتریان است. خدمت رسانی سریع از طریق افرادی که می دانند چه کاری را باید انجام دهند و چطور باید انجام دهند، و توجه به کسانی که باید آنها را به عنوان مشتریان ارزشمند حفظ و حمایت کرد ( پیزام و الیز، 1999، ص330).
2-1-8-اندازه گیری رضایتمندی مشتریان ولزوم اجرای آن
رضایتمندی مشتریان یک فاکتور کلیدی در تعیین عوامل موفقیت یک سازمان در ارتباط با مشتریان است(ریچلد، 1996)، بنابراین اندازه گیری آن از اهمیت بالایی برخوردار است.


چندین راه برای اندازه گیری رضایت مشتری وجود دارد:
1)اندازه گیری عینی: از طریق شاخصهایی که به شدت با رضایتمندی مشتری همبستگی دارند از قبیل سهم بازار، سود سالانه، میزان فروش، تعداد شکایات، نرخ خرید مجدد مشتریان، نرخ نوسانات مشتری و ..... .
2)اندازه گیری ذهنی: این روش بیشتر بر روی ادراکات و احساسات و باورهای مشتریان متمرکز است. این اندازه گیری ها شامل نظرسنجی رضایتمندی مشتریان و پرسشنامه جهت تعیین گرایشهای مشتریان وادراکات آنها از کیفیت خدمات دریافتی می باشد (هایس، 1997) زیرا میزان یا اندازه ای که کالاها یا خدمات نیازها و الزامات مشتریان را برآورده می کنند، می تواند شاخصی برای تعیین کیفیت باشد. بنابراین ادراکات مشتریان نسبت به خدمات جهت تعیین نیازها و رضایتمندی مشتریان ضروری است (پیزام و الیز، 1999، ص 326).
در شکل(4-2) تقسیم بندی مدل های سنجش رضایتمندی مشتری دیده می شود(ویلابوس، 2000، ص27)

شکل 2-4:تقسیم بندی مدل های رضایتمندی مشتریان(ویلابوس، 2000)
به منظور بهبود رضایتمندی مشتریان، شرکتها منابع زیادی را هزینه می کنند تا به طور موثر بتوانند روشهای تضمین رضایتمندی مشتریان را ردیابی کنند، زیرا اندازه گیری کمی رضایتمندی کمک بزرگی خواهد کرد تا به طور جامع تاثیر کیفیت محصولات بر روی رفتار مشتریان ارزیابی شود (فکیکووا، 2004، ص58) مدیریت کیفیت فراگیر نیز بر مبنای نظریه رضایتمندی مشتری شکل گرفته است. در واقع رویکرد مدیریت سازمان در مدیریت کیفیت فراگیر، بر روی کیفیت متمرکز است و بر اساس مشارکت همه اعضا و با هدف دستیابی به موفقیت در بلند مدت از طریق کسب رضایت مشتریان و سود و منفعت برای کارکنان، سازماندهی شده است(فکیکووا، 2004، ص 58)
استاندارد ایزو 9001(2008)، در سیستم مدیریت کیفیت ، مشتریان را در نقطه کانونی خود قرار می دهد(شکل5-2). "این استاندارد بین المللی در طی مراحل توسعه، استقرار و بهبود اثربخشی سیستم کیفیت، سازمان را برای گزینش دیدگاه فرایندگرا ترغیب می نماید، تا از طریق برآورده سازی الزامات مشتری، رضایت مشتری را افزایش دهد."

شکل 2-5: مدل یک سیستم مدیریت کیفیت فرآیند گرا(استاندارد ایزو9001، 2008)
این استاندارد مشتریان را به عنوان نقطه شروع سیستم مدیریت کیفیت در نظر می گیرد. نقش مدیریت عبارت است از "حصول اطمینان از تعیین و توجه به نیازهای مشتریان با هدف بالا بردن رضایتمندی آنها". مدیریت همچنین مسئول تامین منابع کافی به منظور توانمندسازی سازمان جهت توسعه و تحویل محصول (خدمات) می باشد، به گونه ای که مطابق با نیازهای مشتریان باشد.
برای قضاوت در خصوص موفقیت سازمان در دستیابی به این هدف اصلی، رضایتمندی مشتری می بایست اندازه گیری و نتایج به عنوان عناصر کلیدی برای بهبود پیوسته سیستم مدیریت کیفیت مد نظر قرار گیرد. "برنامه- اجرا- بررسی- اقدام" فرایندی پیوسته است که نیاز به شناسایی خواسته های مشتریان و اندازه گیری رضایتمندی آنها را بر مبنایی نظامند سازماندهی می کند(استاندارد بین المللی ایزو 9001، 2008)
توجه به نکات زیر در امر اندازه گیری رضایتمندی ضروری است:
یکی از ابعاد اصلی در امر اندازه گیری رضایتمندی، دسته بندی کردن مشتریانی است که باید به طور جداگانه مورد ارزیابی قرار گیرند. معمولا درصد کمی از مشتریان با شرکت در فرایند کسب و کار، سودآوری زیادی برای شرکت داشته و بنابراین شرکت ها بایستی اندازه گیری ها را روی این گروه کوچک سودآور متمرکز نمایند. در این رابطه بایستی مشتریان را به ترتیب درجه اهمیت طبقه بندی نموده تا مشتریان واقعی که شرکت بایستی در مورد کسب رضایتمندی آنها تلاش نماید، مشخص شوند . در نهایت با توجه به گروه های مختلف مشتریان، شیوه های متفاوت سنجش رضایتمندی مورد استفاده قرار می گیرد(فکیکووا، 2004، ص59).
معیارهای اندازه گیری رضایتمندی مشتری باید بر اساس نظر مشتریان تعریف شود، برخی سازمانها معیارهای اندازه گیری را به صورت داخلی تعریف می کنند(هیل، 1996). یکی از مشکلات در اندازه گیری ابعاد عملکرد این است که معیارهای ارزشمند از دید مشتریان با دیدگاه سازمان متفاوت است، راه حل این مشکل ایجاد بینش واقعی در مورد نیازهای مشتریان است(فکیکووا، 2004، ص60)
علاوه بر اندازه گیری عوامل مهم از دیدگاه مشتریان، می بایست میزان اهمیت آنها نیز مورد توجه واقع شود. تعیین نیازهای مشتریان به تنهایی کافی نیست، بلکه بایستی اهمیت نسبی آنها نیز تعیین گردد. علاوه بر این، بر اساس درجه اهمیت موضــوع، می توان نیازهای مشتریان را در سه سطح دسته بندی کرد. این تنها روشی است که می توان به رضایتمندی واقعی مشتریان دست یافت. نیازهای اولیه استراتژیک هستند، زیرا بر روی تصمیم خرید مشتری تاثیر گذارند 5 یا حداکثر 10 نیاز اول جهت دهی استراتژیک را در خصوص رضایتمندی مشتری بدست می دهد. نیازهای سطح دوم تاکتیکی هستند، و نیازهای سطح سوم جزئیات را مشخص می کنند(فکیکووا، 2004، ص61)
در نهایت اینکه اندازه گیری های مشتری محور مهم هستند، اما می بایست نتایج آنها به پارامترهای داخلی تبدیل شود، به طوریکه شرکت بتواند انتظارات مشتریان را دریابد. در این رابطه مدیران بایستی به نحوی نیازهای مشتریان را مورد توجه قرار دهند که منجر به شکل گیری موارد زیر در سازمان گردد:
ایجاد تعهد برای کسب رضایت مشتریان
توجه به رضایتمندی مشتریان در اهداف و چشم انداز سازمان
آگاهی از نیازها و انتظارات مشتریان
استفاده از نظرات و پیشنهادات مشتریان در طراحی محصولات جدید
نظارت و پیگیری مستمر رضایتمندی مشتریان
پاسخگویی به شکایات مشتریان
ارتباط مستمر با مشتریان(فکیکووا، 2004، ص65)
2-1-9-الگوی مورد نظرتحقیق(سنجش رضایتمندی مشتریان در بانکداری)
به منظور انتخاب الگوی مناسب تحقیق پس از بررسی الگوهای مختلف سنجش رضایتمندی مشتریان در صنعت بانکداری ،الگوی ارائه شده در شکل(2-6)، با توجه به جامعیت معیارها انتخاب گردید. در این الگو در مجموع 16 معیار به عنوان معیارهای تشکیل دهنده الگو در قالب 5معیار اصلی طبقه بندی گردیده است.

شکل (2-6) الگوی مفهومی تحقیق (کردنائیج و دلخواه، 1383)
درتشریح هر یک از شاخص های اصلی فوق می توان عنوان کرد:
شاخص“کیفیت خدمات” که خود از شاخص های فرعی زیر تشکیل شده است:
شاخص هایی که در ارتباط با “شواهد فیزیکی وملموس خدمات” قرار می گیرند.این شاخص ها نشان دهنده درجه جذابیت تسهیلات ، تجهیزات و وسایلی که بوسیله بانک بکار می رود به همراه پاکیزگی و آراستگی ظاهر کارکنان ارائه دهنده خدمات است.
شاخص های مرتبط با “اعتبار خدمات” بیانگر این حقیقت است که بانک به محض درخواست مشتریان، خدمات مورد درخواست را در موعد مقرر و بدون کوچکترین خطا و اشتباهی ارائه می دهد.
شاخص هایی که در ارتباط با “پاسخگویی به مشتریان” است رساننده این معنی است که کارکنان بانک در کمک به مشتریان مشتاق هستند،همواره به تقاضاهای آنها پاسخ می دهند، آنها را از زمان فراهم شدن خدمات مطلع می سازند و خدمات خود را با سرعت زیادی به مشتریان ارائه می دهند.
شاخص هایی که در ارتباط با “اطمینان خاطر داشتن مشتریان” است گویای این حقیقت است که رفتار کارکنان به مشتریان بانک اطمینان خاطرمی دهد،مشتریان در بانک احساس امنیت می کنند، کارکنان همواره مودبانه با مشتریان برخورد می کنند و از دانش لازم برای پاسخ گویی به سوالهای مشتریان برخوردارند.
شاخص هایی که در ارتباط با “همدل بودن بانک وکارکنان بانک با مشتریان” است بدین معنی است که بانک مشکلات مشتریان را درک می کند، باتوجه به بهترین علایق مشتریان عمل می کند ودارای ساعات کاری راحت ومطلوب است.
2) شاخص هایی که در ارتباط با “هزینه ارائه خدمات” است. به طور کلی هر مشتری برای اینکه از خدمات بانکی استفاده کند متحمل دو نوع هزینه ملموس یا ریالی وهزینه های پنهان یا غیر ملموس است. هزینه های ملموس یا ریالی یا آشکار هزینه هایی است که مشتری بانک مستقیما در ازای دریافت از بانک متحمل می شود، مانند کارمزد، بهره وام، سود سپرده.
هزینه های پنهان هزینه هایی است که مشتری بانک به طور غیر مستقیم در ازای دریافت خدمت از بانک متحمل می شود، که به صورت ریالی نیستند. مانند هزینه فرصت از دست رفته، انتظار نوبت (صف، تلفن،...)، ماندن در ترافیک به علت موقعیت شعب و... .
3)شاخص هایی که در ارتباط با “دسترسی به خدمات”است. دراین رابطه شاخص هایی مانند اندازه شبکه شعب، موقعیت شعب (از لحاظ جغرافیایی)، استفاده از دستگاه های ارتباط از راه دور در ارائه خدمات و میزان وجود دستگاه های خودپرداز (ATM) مطرح است، که نحوه دسترسی مشتریان به خدمات بانک را تحت تأثیر قرار می دهد.
4)شاخص هایی که در ارتباط با “ویژگی خدمات” است. دراین رابطه شاخص هایی مانند تنوع خدمات، نوآورانه و جدید بودن خدمات، منحصر به فرد بودن خدمات و تشریک مساعی داشتن با دیگر بانکها در ارائه خدمات مطرح خواهند بود.
5)“شکایات مشتریان” آخرین شاخص های سنجش رضایتمندی مشتریان است که بدین منطور نحوه اداره شکایات مشتریان در شعب یک بانک بررسی می شود و اینکه آیا به شکایات مشتریان پاسخ رضایتمندانه داده شده است یا خیر(کردنائیج ودلخواه، 1383،ص96 95).
2-2- بخش دوم: فرهنگ سازمانی
2-2-1- مقدمه
سازمانهای مدرن در سراسر جهان به شدت تمایل دارند تا “توجه به مشتری”را به میزان زیادی درون فرهنگ سازمانی خود بیامیزند. ارتباط تنگاتنگ با مشتری به عنوان یک بخش ضروری از استراتژی سازمان در جهت اطمینان از سودبیشتر،مطرح است(گرین وهمکاران،2007،ص140).
بحث در مورد فرهنگ سازمانی از دهه 1980، و حول این پرسش که آیا یکسان سازی و همانندسازی در یک سازمان می تواند و یا باید ایجاد شود ، شکل گرفت(آرمبروستر، 2005، ص137). محققین زیادی نشان داده اند که فرهنگ یک سازمان ارتباط تنگاتنگی با کارایی و اثربخشی آن دارد (نظیر دنیسون، 1990؛ کوتر و هسکت، 1992؛ اوچی، 1981) نتیجه اصلی فرهنگ سازمانی، عملکرد هدایت کننده و یکپارچه کننده آن است . مشارکت کارکنان و سازگاری فرهنگی توجه به مکانیزم هایی دارند که جهتگیری انجام کارها، چگونگی حل مسائل روزمره و اسباب انگیزش و تعهد را ایجاد می کند (آرمبروستر، 2005، ص137). در فضای رقابتی کسب و کار امروز، رضایتمندی مشتری به طور چشمگیر، به مولفه ای مهم در یک سازمان موثر تبدیل شده است (بری و پاراسورامن، 1992؛ فورنل و همکاران، 2006). با این حال، تنها تعداد محدودی از مطالعات تجربی، ارتباط بین مشخصه های محیط کاری یک سازمان و اهمیت این مشخصه ها را بر کارائی سازمان آزموده اند ( برای مثال : کنراد و همکاران، 1997). بسیاری از مطالعاتی که در این رابطه صورت گرفته است، بر روی ارتباط بین کیفیت خدمات و رضایت مشتریان تمرکز داشته اند (جانسون،1996؛ اشنایدر و بوون، 1995؛ اشنایدر، وایت و پاول، 1998).
بنابراین لازم است با مطالعات جامع ودقیق در زمینه فرهنگ سازمانی به شناخت مطلوب ودرستی از آن دست یافته و با مدنظر قرار دادن ارتباط آن با دیگر ابعاد و متغیرهای سازمانی از نیروی عظیم و نهفته آن در جهت توفیق برنامه های سازمانی و به ثمر رساندن اهداف کوتاه مدت وبلند مدت سازمان استفاده بهینه نمود.
دراین بخش ابتدا به تعاریفی از فرهنگ سازمانی والگوهایی درخصوص شناخت وبررسی آن پرداخته، سپس توضیحاتی در خصوص الگوی دنیسون ودلایل انتخاب آن به عنوان الگوی مورد استفاده در این پژوهش داده خواهد شد. در ادامه ارتباط فرهنگ سازمانی با عملکرد سازمان و رضایتمندی مشتریان مورد بررسی قرار خواهد گرفت و سپس الگوی مفهومی تحقیق معرفی خواهد شد.
2-2-2-فرهنگ سازمانی چیست؟
فرهنگ سازمانی سیستمی از ارزشهای مشترک ، باورها و عملکردهایی است که درون یک سازمان توسعه یافته و رفتار کارکنان را هدایت می کند. فرهنگ سازمانی بر بیشتر جنبه های زندگی سازمانی اثرگذار است، از روش های عملکرد کارکنان و پوشش لباس آنها گرفته تا ماهیت استراتژی شرکت و ابتکار عملهای کلیدی کسب و کار و تجارت. فرهنگ سازمانی همچنین شخصیت سازمان را شرح می دهد و همان طورکه دو شخصیت مشابه یکدیگر نیستند، دو فرهنگ سازمانی نیز همانند همدیگر نیستند.
محققین عقیده دارند که فرهنگ می تواند به طور مشخصی بر عملکرد سازمانی و تجربیات کاری کارکنان تاثیرگذار باشد. ماهیت اصلی بیشتر فرهنگ ها به تعامل بین کارکنان و سازمان مربوط می شود (گیانکولا، 2008، ص 56-55) .
شاین (1992) به عنوان یکی از خبرگان در این حوزه ، فرهنگ سازمانی را اینگونه تعریف می کند : "الگویی از مفروضات بنیادی مشترک که اعضای گروه در رویارویی با مشکلات تطابق با محیط خارجی و یکپارچگی درونی آن را آموخته و یاد می گیرند، این الگو چنان خوب عمل می کند که معتبر شناخته شده و به عنوان روش صحیح درک، اندیشه و احساس در رابطه با حل مسائل سازمان به اعضای جدید آموخته می شود" (بیکر، 2002، ص3).
دنیسون معتقد است فرهنگ سازمانی اشاره به ارزشهای زیربنائی، باورها و اصولی دارد که به عنوان مبنایی برای سیستم های مدیریت سازمان، عملکردها و رفتارها در نظر گرفته می شود (دنیسون و نیل، 2000).
2-2-3-ارائه الگوهایی در زمینه شناخت وبررسی فرهنگ سازمانی
برخی از محققین مطالعه بر روی فرهنگ سازمانی بر مبنای ارزشهای حفظ شده توسط اعضای سازمان را برگزیده اند (اشکاناسی،ویلدروم و پیترسون،2000). محققینی چون دیل وکندی (1982) معتقدند که ارزشها اساس فلسفه سازمان برای کسب موفقیت هستند و همچنین چارچوبی جهت هدایت رفتارهای کارکنان درامور سازمان ایجاد می کنند(دنیسون وهمکاران،2008).
2-2-3-1-الگوی کامرون وکوئین
در مدل ارزشهای رقابتی کامرون وکوئین یک چارچوب برای فهم فرهنگ در امتداد دو محور عمودی وافقی نمایش داده شده است. یکی از محورها نشان می دهد که آیا سازمان توجه به محیط داخلی وبه سمت پویایی داخلی دارد یا متمایل به محیط خارجی است؟ محور دیگر نشان دهنده تمایل به انعطاف پذیری در مقابل کنترل فرآیندها و ساختارهای سازمانی می باشد که در شکل (2-7) نشان داده شده است. از تقاطع این محورها چهارگونه فرهنگ با مجموعه ای از ارزش های مرتبط حاصل می شود(گیانکولا،2008).
تمرکز خارجی انعطاف پذیری تمرکز داخلی
فرهنگ ادهوکراسی فرهنگ قومی فرهنگ بازاری فرهنگ سلسله مراتبی کنترل شکل (2-7) چارچوب ارزشهای رقابتی کامرون و کوئین (گیانکولا، 2008)
چهار فرهنگ ارائه شده در مدل کامرون وکوئین عبارتند از:
فرهنگ سلسله مراتبی: این فرهنگ بیشتر برروی موضوعات داخلی و پایداری ارزشها وکنترل تمرکز دارد تا انعطاف پذیری واختیار. همچنین این فرهنگ بر روی ساختاررسمی، سیاست ها و روش های مدیریتی تکیه دارد. در این فرهنگ حفظ کارایی، قابلیت اطمینان و عملکرد سریع اهمیت دارد.
فرهنگ قومی (قبیله ای): این فرهنگ بر روی موضوعات داخلی تمرکز دارد اما آزادی عمل در ارزشها بیشتر از ثبات وکنترل است. در این فرهنگ هدف، مدیریت سازمان از طریق کار تیمی، مشارکت وتوافق عمومی است. ارتباطات وکار تیمی، عدم وجود سلسله مراتب از ویژگی های بارز واحد های کاری هستند. افراد بیشتر به منزله اعضای یک خانواده هستند تا اعضای یک سازمان تجاری.
فرهنگ بازاری : این فرهنگ بیشتر بر روی موضوعات خارجی،ثبات ارزش ها و کنترل تمرکز دارد. در این فرهنگ یک حس قوی در مورد مأموریت سازمان و مشتریان وجود دارد . این فرهنگ با بهره وری ، ثبات ، نتایج و ماحصل کارها در ارتباط است.
فرهنگ تخصص محور(ادهوکراسی) : این فرهنگ بر روی محیط خارجی ، انعطاف پذیری ارزشها و آزادی عمل بیش از ثبات وکنترل تمرکز دارد. ارزش های کلیدی این فرهنگ آزادی ، خلاقیت و ریسک پذیری در یک سازمان با محیط پویا است(کامرون وکوئین ،1999و2006).
لازم به یادآوری است که در هر سازمانی علاوه بر آنکه یک فرهنگ خاص حاکمیت عمومی دارد، خرده فرهنگهای دیگری نیز می توانند در سازمان وجود داشته باشند، خصوصاً اگر سازمان بزرگ و گسترده باشد. با این حال مدیران ارشد سازمان تلاش می کنند که با استفاده از شعائر، نمادها، نحوه اعمال مدیریت، گزینش افراد و ... فرهنگ مورد نظر خود را در سطح سازمان عمومیت بخشند.
2-2-3-2- الگوی دنیسون
دنیسون تحقیقاتی در زمینه فرهنگ سازمانی واثر بخشی سازمان انجام داد .وی در مدل خود ویژگیهای فرهنگ سازمانی را اینگونه برشمرد:
1.مشارکت (درگیرشدن درکار)
2.سازگاری(ثبات ویکپارچگی)
3.انطباق پذیری (انعطاف پذیری)
4.مأموریت(رسالت) .
هر یک از این ویژگیها با سه شاخص اندازه گیری می شود :
1 – مشارکت : سازمانهای اثربخش افرادشان را توانمند می سازند، سازمان را بر محور گروههای کاری تشکیل می دهند و قابلیت های منابع انسانی را در همه سطوح توسعه می دهند . اعضای سازمان به کارشان متعهد شده و خود را به عنوان پاره ای از پیکره سازمان احساس می کنند که در تصمیم گیری نقش دارند و این تصمیمات است که بر کارشان موثر است و کار آنها مستقیماً با اهداف سازمان پیوند دارد. در این مدل این ویژگی با سه شاخص اندازه گیری می شود :
توانمندسازی : افراد اختیار ، ابتکار و توانایی برای اداره کردن کارشان دارند. این امر نوعی حس مالکیت و مسئولیت در سازمان ایجاد می کند.
تیم سازی : در سازمان به کار گروهی در جهت اهداف مشترک ، ارزش داده می شود. به طوری که کارکنان به مانند مدیران احساس می کنند در محل کار خود پاسخگو هستند. این سازمانها برای انجام کارها به گروه ها تکیه می کنند.
توسعه قابلیتها : سازمان به منظور تامین نیازها و باقی ماندن در صحنه رقابت به طور مستمر به توسعه مهارتهای کارکنان می پردازد.
2 – سازگاری (ثبات و یکپارچگی) : تحقیقات نشان داده است که سازمان هایی که اغلب اثربخش هستند با ثبات و یکپارچه بوده و رفتار کارکنان از ارزشهای بنیادین نشات گرفته است. رهبران و پیروان در رسیدن به توافق مهارت یافته اند (حتی زمانی که دیدگاه متقابل دارند) و فعالیتهای سازمانی به خوبی هماهنگ و پیوسته شده است. سازمانهایی با چنین ویژگیهایی، دارای فرهنگ قوی و متمایزند و به طور کافی بر کارکنان نفوذ دارند. این ویژگی با سه شاخص بررسی می شود :
ارزشهای بنیادین : اعضای سازمان ارزشهای مشترکی دارند که هویت و انتظارات آنها را تشکیل می دهد .
توافق : اعضای سازمان قادرند در موضوعات مهم به توافق برسند . این توافق هم شامل توافق در موارد جزئی و هم توانائی در ایجاد توافق در سایر موارد می باشد.
هماهنگی و پیوستگی : واحدهای سازمانی با کارکردهای متفاوت قادرند برای رسیدن به اهداف مشترک به خوبی با یکدیگر همکاری کنند. همچنین مرزهای سازمانی نیز با این شیوه کار از بین نمی رود.
3 – انطباق پذیری : سازمانهایی که به خوبی یکپارچه هستند به سختی تغییر می یابند. لذا یکپارچگی درونی و انطباق پذیری بیرونی را می توان مزیت و برتری سازمان به حساب آورد. سازمانهای منعطف به وسیله مشتریان هدایت می شوند ، ریسک می کنند ، از اشتباه خود پند می گیرند و ظرفیت و تجربه ایجاد تغییر را دارند . آنها به طور مستمر در حال بهبود توانائی سازمان در جهت ارزش قائل شدن برای مشتریان هستند. این ویژگی با سه شاخص مورد بررسی قرار می گیرد :
ایجاد تغییر : سازمان قادر است راههایی برای تامین نیازهای متغیر ایجاد کند ، و می تواند محیط موسسه را بشناسد ، به محرکهای جاری پاسخ دهد و از تغییرات آینده پیشی جوید.
تمرکز بر مشتری : سازمان مشتریان را درک می کند و به آنها پاسخ می دهد و پیشاپیش درصدد تامین آینده بر می آید . در واقع تمرکز بر مشتری درجه ای که سازمانها در جهت رضایتمندی مشتریان هدایت می شوند را نشان می دهد.
یادگیری سازمانی : میزان علائم محیطی را که سازمانها دریافت می کنند ، ترجمه و تفسیر می کند و فرصتهایی را برای تشویق خلاقیت و توسعه توانائی ها ایجاد می کند.
4 – ماموریت : شاید بتوان گفت مهمترین ویژگی فرهنگ سازمانی رسالت و ماموریت آن است. سازمانهایی که نمی دانند کجا هستند و وضعیت موجودشان چیست معمولاً به بیراهـه می روند. سازمانهای موفق درک روشنی از اهداف و جهت خود دارند ، به طوری که اهداف سازمانی و اهداف استراتژیک را تعریف کرده و چشم انداز سازمان را ترسیم می کنند.
پردردسرترین سازمانها ، سازمانهایی هستند که مجبورند ماموریتشان را تغییر دهند. وقتی یک سازمان مجبور است رسالت خود را تغییر دهد تغییرات در استراتژی ، ساختار، فرهنگ و رفتار الزامی است. در این وضعیت رهبر قوی چشم انداز سازمان را مشخص می کند و فرهنگی را خلق می کند که این چشم انداز را پشتیبانی کند.
گرایش و جهتگیری استراتژیک : گرایشهای استراتژیک جهت اهداف سازمانی را نشان می دهد و هر شخص می تواند خودش را در آن بخش(صنعت) مشارکت دهد.
اهداف و مقاصد : اهداف با استراتژی و چشم انداز سازمان پیوند می یابد و سمت و سوی کار افراد را مشخص می کنند.
چشم انداز : سازمان یک دیدگاه مشترک از وضعیت آینده دارد که ارزشهای بنیادی را مشخص می کند ، اندیشه و نیروی انسانی را با خود همراه ساخته و به آن جهت می بخشد.
ویژگی ها و شاخص های مدل فرهنگ سازمانی دنیسون در قالب نمودار دابره ای ، شکل (2-8) ارائه شده است (دنیسون، 2000، ص357-354).
180022547625تمرکز خارجی
00تمرکز خارجی

18122904519930تمرکز داخلی
00تمرکز داخلی
-6667502014855منعطف
00منعطف
48075852014855ثبات
00ثبات

شکل (2-8) مدل فرهنگ سازمانی دنیسون
دراین مدل چهار ربع دایره ، ارائه کننده چهار ویژگی فرهنگی می باشد. هرربع شامل سه شاخص عملکرد مدیریتی می باشد که با یک ویژگی ارتباط دارند.این ویژگی ها وشاخص ها در امتداد دو محور عمودی تمرکز داخلی را در برابر تمرکز خارجی نشان می دهد.بر اساس محور افقی می توان بین تمرکز خارجی (نیمه بالایی نمودار) و تمرکز داخلی (نیمه پایین) تمایز قائل شد. ویژگی های مشارکت وسازگاری به پویایی داخلی سازمان مرتبط بوده و به رفتار متقابل سازمان ومحیط خارجی ارتباط ندارند. انطباق پذیری و ماموریت سازمان ، برخلاف ویژگی های قبل ، درخصوص محیط خارجی سازمان متمرکز می شوند. محور عمودی تمایز سازمان منعطف(نیمه چپ) با سازمان با ثبات (نیمه راست) را مشخص می سازد. ویژگی های مشارکت و انطباق پذیری بر قابلیت سازمان درانعطاف پذیری وتغییر تأکید دارند. در مقابل، ویژگی های سازگاری و ماموریت بر قابلیت سازمان برای ثبات و جهتگیری تأکید دارند. سیستم هایی که جهتگیری به سمت انطباق پذیری ومشارکت دازند تنوع بیشتر ، ورودی ها وراه حل های بیشتری را درخصوص موقعیت های پیش رو ارائه می کنند، در مقابل سیستم هایی با جهت گیری به سمت سطوح بالای سازگاری (ثبات و پایداری) و توجه زیاد نسبت به مأموریت سازمان تمایل به کاهش تنوع و تأکید بر کنترل و ثبات دارند(دنیسون ونیل،2000).
باتوجه به مدل دنیسون ،سازمانها با قوت در دو مورد از ویژگی های سازمانی اغلب جهتگیری خاصی نشان می دهند که عبارت است از :
تمرکز خارجی(انطباق پذیری + مأموریت) :
ویژگی های سازمانهایی که تمرکز خارجی قوی دارند ، تأکید بر انطباق پذیری وتغییر برای پاسخ به محیط خارجی می باشد.این سازمانها توجه مداوم وهمیشگی نسبت به بازار دارند. این تمرکز خارجی قوی نوعاً بر روی در آمد ،رشد فروش وسهم بازار اثر دارد.
تمرکز داخلی(مشارکت + سازگاری) :
ویژگی سازمانهایی که تمرکز داخلی قوی دارند تأکید بر پویایی در یکپارچگی داخلی سیستم ها، ساختارها وفرآیندها می باشد. چنین سازمانی برای کارکنان خود ارزش قائل است و همچنین در مورد کیفیت محصولات یا خدمات خود نیز اهمیت قائل است. تمرکز داخلی قوی در این سازمانها با سطوح بالای کیفیت ، کاهش عیب ونقص، ویژگی سازمانهایی که تمرکز داخلی قوی دارند تأکید بر پویایی در یکپارچگی داخلی سیستم ها،ساختارها وفرآیندها می باشد. چنین سازمانی برای کارکنان خود ارزش قائل است وهمچنین در مورد کیفیت محصولات یا خدمات خود نیز اهمیت قائل است. تمرکز داخلی قوی دراین سازمانها با سطوح بالای کیفیت، کاهش عیب ونقص، دوباره کاری ، استفاده بهتر از منابع وافزایش رضایتمندی کارکنان ارتباط مستقیم دارد.
انعطاف پذیری (انطباق پذیری + مشارکت) :
یک سازمان منعطف ، توانایی (قابلیت )تغییر در پاسخ به محیط دارد. توجه و تمرکز آن بر بازار ومردم است. سازمان منعطف نوعاً با سطوح بالایی از تولید و نوآوری در خدمات ، خلاقیت و پاسخ سریع به تغییر نیازهای مشتریان وکارکنان در ارتباط است.
ثبات(مأموریت + سازگاری) :
یک سازمان با ثبات، این توانایی (قابلیت) را دارد که در طول زمان ، پایدار و قابل پیش بینی باقی بماند. سازمان با ثبات نوعاً با سطح بالایی از بازده دارایی، سرمایه و فروش وعملیات بازرگانی قوی مرتبط است(دنیسون،2006).
2-2-4-الگوی مورد نظر تحقیق ودلایل انتخاب آن
در این پژوهش پس از بررسی و مطالعه مدلهای مختلف شناخت فرهنگ سازمانی ، مدل دنیسون به عنوان مدل نظری پژوهش انتخاب شد.وجوه تمایز این مدل نسبت به سایر مدلها عبارت است از :
جدید بودن مدل دنیسون نسبت به سایر مدلها
نمودار گرافیکی مدل که ویژگی های فرهنگ سازمانی را در دو بعد تمرکز داخلی وخارجی ومیزان انعطاف وهمچنین در سطح 12شاخص ترسیم می کند.
این مدل به منظورتوصیف موضوعات مرتبط با تجارت (کسب وکار)و با بهره گیری از زبان تجارت و در محیط تجاری، طراحی و ایجاد شده است، درحالی که سایر مدل ها اغلب در محیط های آکادمیک وعلمی طراحی و ایجاد شده است.
ضمن اینکه در سالیان اخیراین مدل توسط موسسات مشاوره مدیریت برای ارزیابی فرهنگ سازمانی شرکت ها وسازمانها در خارج از کشوربه طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است (دنیسون ونیل،2000).
2-2-5-فرهنگ سازمانی وارتباط آن با عملکرد سازمان ورضایتمندی مشتریان
سازمانها باید رضایتمندی مشتریان را به عنوان اهرمی کلیدی که می تواند آنها را از سایر سازمانها متمایز سازد ، مورد توجه قرار دهند. در حقیقت وفاداری مشتری، یک تعهد استراتژیک در بازار خدمات امروز می باشد (گانش وهمکاران،2000).
محیط اجتماعی هر سازمان که “فرهنگ” یا “جو” نامیده می شود ، محرک مهمی در رضایتمندی مشتری است(دنیسون ،2008،ص8). بنابراین بافت اجتماعی که اعضای سازمان در آن کار می کنند، با یک سری خروجی های مهم در مورد کارکنان وسازمان ، ارتباط دارد. برخی از محققین دراین رابطه تحقیقاتی انجام داده اند تا مشخص کنند که آیا ابعاد یا اشکال خاص از محیط اجتماعی با گرایش ها و رفتارهای مشخص کارکنان ارتباط دارد (برای مثال: پریچارد وکاراسیک 1973؛ اشنیک،1983؛ اشنایدر واسنیدر،1975؛ اسپکتور،1997). محققان دیگری این ابعاد خاص محیط اجتماعی را با خروجی های سازمان یا گروه های سازمانی ارتباط داده اند(دنیسون ، 1990،2000؛ دنیسون و میشرا، 1995؛ جانسون ،1996؛ رژ وهمکاران، 2001؛ اشنایدر وهمکاران، 2000؛ اشنایدر ، وایت وپاول، 1998). محققین دیگری نیز در مورد شدت و قدرت محیط به عنوان عاملی که با کارایی و اثر بخشی سازمان مرتبط است ، تحقیق کرده اند(کاتروهستک،1992).
مطالعات جردن (1992) بیانگر این است که فرهنگ قوی از نظر توافق و سازگاری و فرهنگ مناسب از نظر محتوی می تواند به نتایج مثبتی در عملکرد منجر شود و ترکیبی از آنها قدرتمند است . بنابراین فرهنگ قوی باید با شرایط محیطی سازگاری داشته باشد و عدم سازگاری مناسب بین ارزشهای فرهنگی و هدفها و تعهدات سازمانی و شرایط محیطی به کاهش اثربخشی منجر می شود.