Modellsimulationen

ModellSimulationen bezeichnet den computergestützten Prozess, bei dem ein mathematisches, logisches oder statistisches Modell verwendet wird, um das Verhalten eines realen Systems über die Zeit abzubilden. Ziel ist es, Systeme zu analysieren, Hypothesen zu prüfen, zukünftige Entwicklungen vorherzusagen und Entscheidungsprozesse zu unterstützen.

Wesentliche Komponenten sind das Modell selbst, Eingangs- oder Parameterdaten, Algorithmen zur Numerik oder Regelung, sowie Ausgaben in Form von simulierten Zeitreihen oder Zustandsgrößen. Typen von Modellen reichen von deterministischen und stochastischen Ansätzen über kontinuierliche Modelle (Differentialgleichungen) bis zu diskreten Ereignis-, agentenbasierten und systemdynamischen Ansätzen.

Der typische Ablauf umfasst Zieldefinition, Modellierung, Kalibrierung und Parametrisierung, Verifikation und Validierung, Durchführung von Simulationsexperimenten und anschließende Analyse von Ergebnissen, Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen sowie die Dokumentation der Annahmen.

Anwendungsfelder finden sich in Ingenieurwesen, Physik, Wirtschaft, Epidemiologie, Ökologie, Verkehrsplanung, Logistik und vielen weiteren Bereichen, in denen reale Prozesse komplex oder gefährlich zu beobachten sind. ModellSimulationen ermöglichen Szenariovergleiche, Optimierung von Systemen und Risikobewertungen.

Verwendete Software reicht von allgemeinen Simulationswerkzeugen wie MATLAB/Simulink, AnyLogic, NetLogo, Arena oder OpenModelica bis zu spezialisierten Applikationen. Qualitätssicherung erfolgt durch Verifikation, Validierung, Reproduzierbarkeit, Peer-Review der Modelle und klare Dokumentation der Datenquellen.

Historisch entstanden ModellSimulationen aus der Physik und Ingenieurwissenschaft; mit zunehmender Rechenleistung breiteten sie sich in Wissenschaft und Wirtschaft aus. Trotz großer Möglichkeiten bleiben Validität, Datengrundlage und Modellvereinfachungen zentrale Limitationen.