Teilmodellen

Teilmodelle sind Teil eines Gesamtsystems, die eigenständig formuliert, implementiert und analysiert werden, aber über definierte Schnittstellen mit anderen Teilen interagieren. Sie dienen der Modularisierung komplexer Systeme, ermöglichen Wiederverwendung von Modellelementen und erleichtern Entwicklung, Kalibrierung, Validierung sowie den Austausch einzelner Komponenten innerhalb eines größeren Modells.

Jedes Teilmodell besitzt eine eigene Randbedingung, Zustandsgrößen, Parameter und oft spezielle Gleichungen oder Regeln. Die Schnittstelle definiert Ein- und Ausgabesignale, Formate, Kausalität und gegebenenfalls Abtastraten oder Solverkompatibilität. Schnittstellenstandards wie FMI (Functional Mock-up Interface) unterstützen den Austausch von Teilmodellen zwischen verschiedenen Simulationsumgebungen.

Der Lebenszyklus von Teilmodellen umfasst Spezifikation, Implementierung, Kalibrierung, Verifikation und Validierung sowie Integration in das übergeordnete Modell. Bei der Co-Simulation werden Teilmodelle synchronisiert, um konsistente Ergebnisse zu liefern. Der Aufbau bevorzugt top-down- oder bottom-up-Strategien und häufig eine schrittweise Integration.

Zu den Vorteilen zählen bessere Übersicht, Wiederverwendbarkeit, parallele Entwicklung und leichtere Fehlerdiagnose. Herausforderungen betreffen Kompatibilität der Schnittstellen, Unterschiede bei Zeitschritten und Rechenverfahren, Einheiten- und Semantikinkonsistenzen sowie Versions- und Abhängigkeitsmanagement.

Typische Anwendungsfelder sind technische Systeme wie Fahrzeug- oder Flugzeugtechnik, bei denen Untermodelle für Mechanik, Elektrik, Thermik oder Fluiddynamik kombiniert werden. Auch in Simulations- und MBSE-Ansätzen dienen Teilmodelle der Modularisierung komplexer Modelle und ermöglichen den Austausch einzelner Komponenten, ohne das Gesamtsystem neu zu erstellen.