Berechnungsmodells

Berechnungsmodelle sind formale Darstellungen eines realen oder hypothetischen Systems, die dessen Verhalten durch mathematische Gleichungen, Algorithmen und Daten abbilden. Sie dienen der Analyse, dem Verständnis und der Vorhersage sowie der Entscheidungsunterstützung in Wirtschaft, Technik, Umwelt und vielen anderen Feldern.

Typische Bestandteile sind die Modellstruktur, die Variablen und Parameter, Rand- und Anfangsbedingungen sowie die Daten, mit denen das Modell kalibriert und validiert wird. Modelle lassen sich nach verschiedenen Kriterien klassifizieren: Deterministische Modelle liefern bei festen Eingaben dieselben Ergebnisse, während stochastische Modelle Unsicherheiten durch Zufallsprozesse berücksichtigen. Dynamische Modelle beschreiben zeitliche Entwicklungen, statische Modelle statt Gleichgewichte. Weitere Unterscheidungen erfolgen nach Kontinuität (kontinuierlich vs diskret) oder nach Domäne (mechanisch, chemisch, statistisch, datengetrieben).

Der typische Ablauf umfasst Problemdefinition, Modellwahl, Datenerhebung, Kalibrierung bzw. Parameterabstimmung, Verifikation und Validierung, Simulation sowie Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen. Verifikation prüft, ob das Modell korrekt implementiert ist; Validierung bewertet, ob es die relevanten Phänomene angemessen reproduziert. Die Anwendung von Berechnungsmodellen ist mit Unsicherheiten verbunden; daher sind Quantifizierung von Unsicherheit und robuste Interpretation zentrale Tätigkeiten.

Anwendungsgebiete reichen von Technik- und Fertigungsprozessen über Umwelt- und Klimamodellierung, Wirtschaftssimulationen, Energiesystemanalysen bis hin zu Verkehr, Medizin und Risikoassessment. Wichtige Qualitätsaspekte sind Transparenz, Reproduzierbarkeit, Dokumentation der Annahmen und Datenquellen sowie Versionierung der Modelle.