Simulationsmodelle

Dynamische Abläufe

Simulationen dienen der Untersuchung von dynamischen Abläufen. Sie werden verwendet, wenn ein Experimentieren mit realen Prozessen zu teuer, riskant oder zu kompliziert und zu zeitaufwendig ist. Für eine Simulation wird deshalb ein Modell entworfen, mit dem man möglichst aussagekräftige Analysen durchführen kann.

In der Industrie wird diese Technik verwendet, um zum Beispiel riskante chemische Prozesse gefahrlos zu untersuchen, kostengünstig Piloten auszubilden oder Produktionsabläufe, wie bei der Fertigung von Fahrzeugen, zu optimieren.

Modelltypen

Für die Simulation gibt es eine Reihe unterschiedlichster Modelltypen. Ihre Bezeichnung hängt von der Untersuchungsmethode, den Zustandsübergängen und dem Abbildungsmedium der Simulation ab.
Nach B. Page wird zwischen analytischen Modellen und Simulationsmodellen unterschieden.

Das erstgenannte Modell bildet Prozesse auf mathematische Gleichungssysteme ab. Dies wird zum Beispiel verwendet, um Vorhersagen über das Verhalten der Marktwirtschaft zu treffen. „Analytische Untersuchungen sind ... wegen mathematischer Restriktion auf Systeme mit relativ geringer Komplexität begrenzt." Diese Einschränkungen ergeben sich durch den großen Zeitaufwand für Berechnungen von Gleichungssystemen höherer Ordnung.

Im Gegensatz dazu steht das Simulationsmodell, das sich einer Lösung schrittweise nähert; was den Vorteil hat, dass während des gesamten Verlaufs die Möglichkeit besteht in die Simulation einzugreifen und diese zu manipulieren.

Die Zwischenlösungen werden auch als Zustände bezeichnet, wobei wir beim nächsten Unterscheidungsmerkmal, den Zustandsübergängen, wären. Bei den dynamischen Modellen wird zum einen zwischen kontinuierlichen und diskreten, und zum anderen zwischen deterministischen und stochastischen Zustandsänderungen unterschieden.

Zustandsübergänge

Modelle mit kontinuierlichen Zustandsübergängen sind zum Beispiel physikalische Simulationsmodelle. Bei ihnen geht ein Zustand fließend in den anderen über, was bezeichnend für analoge Modelle ist. Diskrete (getrennte) Zustandsänderungen treten bei digitalen Simulationen auf. Wenn kontinuierliche Modelle digital simuliert werden sollen, so ist eine Diskretisierung notwendig. Diese kann durch die Umformung von Differentialgleichungen geschehen.

Zu den Zustandsänderungen kommt es durch verschiedene Ereignisse. Können diese Ereignisse nicht klar spezifiziert werden, wie es bei den deterministischen Zustandsänderungen der Fall ist, dann nutzt man Wahrscheinlichkeitsberechnungen für ihre Bestimmung. Dabei spricht man von stochastischen Simulationsmodellen, die beispielsweise für die Wettervorhersage verwendet werden.