Simulationstechniken

Simulationstechniken beziehen sich auf Verfahren und Modelle zur Nachbildung realer oder hypothetischer Systeme, um deren Verhalten über die Zeit zu untersuchen, Hypothesen zu testen, Prozesse zu analysieren und Entscheidungsgrundlagen bereitzustellen. Sie ermöglichen Experimente ohne Eingriffe in reale Systeme und helfen, Risiken zu reduzieren sowie Kosten zu sparen.

Zu den gängigen Typen gehören die diskrete Ereignissimulation (DES), die kontinuierliche Simulation (Systemdynamik), die agentenbasierte Simulation (ABM) sowie Monte-Carlo-Methoden. DES modelliert Sequenzen von Ereignissen in zeitlich diskreten Schritten und eignet sich gut für Produktions- und Logistikszenarien. Systemdynamik formuliert Beziehungen als Differential- bzw. Difference-Equations und eignet sich für langfriste, aggregierte Strukturen wie Supply- oder Verkehrssysteme. ABM berücksichtigt das Verhalten individueller Akteure und deren Interaktionen und eignet sich für komplexe adaptive Systeme wie Städte oder Märkte. Monte-Carlo-Simulationen nutzen Zufallsvariablen, um Unsicherheit in Modellen zu erfassen und Verteilungen von Ergebnissen abzuschätzen. Oft werden Hybridmodelle eingesetzt, die mehrere Techniken kombinieren.

Der Prozess umfasst Modellierung, Verifikation (Prüfen der Umsetzung der Spezifikationen), Validierung (Überprüfung, dass das Modell das reale System angemessen abbildet) und Kalibrierung. Dazu gehören Datensammlung, Sensitivitätsanalyse, Unsicherheitsabschätzung und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Modelle sollten dokumentiert, überprüfbar und regelmäßig aktualisiert werden.

Anwendungsfelder reichen von Produktion und Logistik, Verkehrsplanung, Produktions- und Wartungsoptimierung, Gesundheitswesen, Klima- und Umweltforschung bis hin zu Finanz- und Risikomanagement.

Herausforderungen umfassen hohen Datenbedarf, Modellkomplexität, Validierungsaufwand, Rechenleistung und Unsicherheiten in den Eingaben. Zukünftig gewinnen digitale Zwillinge, Surrogatmodelle, KI-gestützte Optimierung und Cloud-gestützte Simulationen an Bedeutung.