Modellaufbau

Modellaufbau bezeichnet den Prozess der Erstellung eines Modells, das ein reales System oder Phänomen abbildet, um es zu verstehen, zu analysieren, zu simulieren oder Vorhersagen zu ermöglichen. Im Mittelpunkt stehen Abstraktion, Reduktion von Komplexität und die Festlegung relevanter Variablen sowie ihrer Beziehungen.

Der Prozess umfasst typischerweise mehrere Phasen: Problemdefinition und Zielsetzung; Entwicklung eines konzeptionellen Modells, das Strukturen und Prozesse skizziert; formale Modellierung, bei der Gleichungen, Regeln oder Algorithmen festgelegt werden; Parameterisierung und Kalibrierung anhand von Daten; Implementierung in einer Software oder Simulationsumgebung; Verifizierung und Validierung, das heißt Prüfung der Korrektheit und der Vorhersagegenauigkeit; Unsicherheits- und Sensitivitätsanalysen; Dokumentation und Reproduzierbarkeit.

Modelle unterscheiden sich durch Merkmale wie Determinismus versus Stochastik, statisch versus dynamisch, kontinuierlich versus diskret. Typen reichen von physikalischen oder technischen Modellen über statistische Modelle bis hin zu datengetriebenen oder hybriden Ansätzen. Die Wahl des Modells hängt von Zielen, Datenlage, Komplexität und gewünschter Interpretierbarkeit ab.

Anwendungsfelder umfassen Ingenieurwesen, Wirtschaft und Betriebsforschung, Umwelt- und Lebenswissenschaften, Epidemiologie sowie Sozialwissenschaften. Modellaufbau dient oft der Entscheidungsunterstützung, Szenarioanalyse und dem Testen von Hypothesen in kontrollierbaren Rahmenbedingungen.

Herausforderungen sind Identifizierbarkeit, Overfitting, Datenqualität, Messfehler, Transferierbarkeit der Ergebnisse und die Sicherstellung von Transparenz sowie Reproduzierbarkeit.