Simulation

1. Begriff: ein möglichst realitätsnahes Nachbilden von Geschehen der Wirklichkeit. Aus Sicherheits- und Kostengründen ist es für fast alle konkreten Problemkreise notwendig, sie aus der Realität zu lösen und abstrakt zu behandeln; d.h. durch Abstraktion wird ein Modell geschaffen, an dem zielgerichtet experimentiert wird. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend wieder auf das reale Problem übertragen. Simulation ist nicht auf analytische Verfahren (effektiver Algorithmus) in geschlossener Form zurückzuführen; bei der Konzipierung des Modells sind deshalb viel Geschick und Erfahrung einzubringen, um die wesentlichen Einflussgrößen zu erfassen und keine unzulässige Vergröberung vorzunehmen.

2. Klassifizierung:
(1) Physikalische Modelle (Windkanal) oder abstrakte Modelle (Planspiel);
(2) Modelle mit menschlicher Entscheidung (militärische Sandkastenspiele) oder ohne menschliche Entscheidung (Automatensteuerung);
(3) deterministische Modelle (Wärmeflussgleichungen) oder stochastische Modelle (Nachbildung der Molekularbewegung).

Unter Simulation i.e.S. versteht man die Behandlung mathematischer Probleme, die Modelle von technischen oder ökonomischen Vorgängen sind. I.d.R. werden zeitabhängige Phänomene behandelt, deren Änderung in Zeitschritten (zeitorientiert) oder Ereignisschritten (ereignisorientiert) nachvollzogen werden kann.

3. Stochastische Simulation: Bei der stochastischen Simulation sind die zu betrachtenden Einflussgrößen durch den Zufall bestimmt, daher wird der Simulation-Ablauf durch die Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnung bestimmt. Eingangsdaten sowie Ergebnisse sind Statistiken und somit nicht reproduzierbar. Bei dem Modellaufbau müssen die Beziehungen der Wahrscheinlichkeitsverteilungen untereinander und die Veränderung der Systemzustände beschrieben werden. In Form von Ablaufdiagrammen und daraus resultierenden Computerprogrammen wird die Logik des Systemablaufes nachgebildet. Notwendige Daten zur Ermittlung eines Simulationsergebnisses werden aus Zufallsgeneratoren gewonnen, die jede vorgegebene Verteilung synthetisch erzeugen. Zur Steuerung von Systemänderungen werden zeitorientierte Ereignislisten geführt. Spezielle Simulationssprachen (SIMULA, GPSS) erleichtern den EDV-technischen Aufbau und Ablauf von Simulationsmodellen. Simulationssoftware bietet interaktive grafische Entwicklung und Animation von Simulation.

4. Anwendung: Simulation wird angewandt, wenn ein Problem sich nicht durch ein mathematisches Modell beschreiben lässt, also keine analytische Lösung existiert oder eine exakte Lösung einen unverhältnismäßig hohen Rechenaufwand verursacht. Oft können Wartesysteme nicht mit der Warteschlangentheorie behandelt werden (Verteilungsprämissen), sodass die aufwendigere aber flexible Simulation zum Einsatz kommt.