Systemmodell

Systemmodell bezeichnet in der Systemtheorie und in den Ingenieurwissenschaften eine vereinfachte, formale oder grafische Darstellung eines Systems, die dessen wesentliche Strukturen, Prozesse und Wechselwirkungen abbildet. Ziel ist es, das Verhalten des Systems zu verstehen, zu analysieren, zu simulieren, zu entwerfen und zu optimieren. Ein Systemmodell definiert typischerweise den Systemrand, die Bausteine, ihre Beziehungen und die Dynamik sowie Randbedingungen, Annahmen und Parameterwerte.

Modellierungsformen umfassen mathematische Modelle (kontinuierliche oder diskrete Zeit, Differential- oder Differenzengleichungen, Zustandsräume), stochastische Modelle, diskrete Ereignismodelle (z. B. Petri-Netze), sowie graphische oder sprachliche Darstellungen (Blockdiagramme, UML/SysML). Darüber hinaus kommen agentenbasierte Modelle oder Systemdynamik-Ansätze zum Einsatz.

Anwendungsgebiete finden sich in der Technik und Regelungstechnik, der Softwareentwicklung, der Betriebswirtschaft, der Umwelt- und Verkehrsplanung sowie der Biologie. Modellierung dient der Analyse von Leistungsfähigkeit, Stabilität, Sicherheit und Kosten, der Unterstützung von Designentscheidungen und der Planung von Experimenten oder Simulationen.

Der Modellierungsprozess umfasst Problemabgrenzung, Festlegung der Systemgrenzen, Abstraktion, Auswahl der Modellform, Kalibrierung der Parameter, Validierung gegen Daten sowie gegebenenfalls Verifikation und Sensitivitätsanalyse. Modelle sollten verständlich, möglichst einfach und an den Einsatzzweck angepasst sein.

Zu den Herausforderungen gehören Unsicherheit, Komplexität, Datenmangel, Überanpassung an Daten und der Spannungsbogen zwischen Genauigkeit und Kompaktheit. Systemmodelle sind zentrale Bausteine der Systemmodellierung und arbeiten als Brücke zwischen Theorie, Daten und Praxis in einem iterativen Prozess.