Simulation

 

 

Definition

 

Zum Begriff Simulation, der häufig im Zusammenhang mit einer Modellbildung genannt wird, zitiert Rüdeger Baumann (1996) die VDI-Richtlinie 3633:

 

"Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind."

 

Dann aber kritisiert Baumann diese VDI-Richtlinie und präzisiert, dass Simulation nicht das System nachbilde, sondern nur das Verhalten des Systems. Die Nachbildung eines Systems wird als Modellierung bezeichnet.

 

Rüdeger Baumann: Didaktik der Informatik.

Stuttgart: Klett Schulbuchverlag 1990; 2. neubearbeitete Aufl. 1996.

 

 

Eine andere Definition von Simulation in einem Internet-Glosar von Helmut Kohorst (1996) lautet:

„Unter einer Simulation versteht man den Prozess der Bildung einer Prognose mit Hilfe des Experimentierens innerhalb der Modellebene, also die Durchführung von ‚Versuchen’ bzw. ‚(Hoch-)Rechnungen’  in einem abstrakten Modell eines Systems. Ziel einer Simulation ist also die Analyse des (zukünftigen) Systemverhaltens.

Werden für die dazu notwendigen Rechnungen Computer eingesetzt, so spricht man von einer Computersimulation.

Dazu muss das Modell in mathematisch-logischer Form, d. h. quantitativ vorliegen und in ein Computerprogramm übersetzt sein.“

 

 

Simulation zur Beschreibung und Erklärung von Verhalten

 

In den 1960er Jahren pflegten die Forscher bei den Hilfsmitteln für Simulationen zwischen analogen, digitalen und hybriden Computern zu unterscheiden (z. B. John McLeod, 1968, 5-12).

 

1969 unterschied Geoffrey Gordon in seinem Buch „System Simulation“ (1969, 18-19) zwischen

a)  kontinuierlichen und diskreten Simulationen (speziell 29ff; 123ff) und

b) drei Arten von Systemstudien:

·        „Systems analysis aims to understand how an existing system or a proposed system operates.

·        In system design studies, the object is to produce a system that meets some specifications.

·        System postulation is characteristic of the way simulation is employed in social, economic, political, and medical studies, where the behavior of the system is known but the processes that produce the behavior are not.“

 

Sechs Jahre später sah Robert E Shannon (1975, 2) drei Aufgaben der Simulation:

1.     describe the behavior of systems;

2.     construct theories or hypotheses that account for the observed behavior;

3.     use these theories to predict future behavior, that ist, the effects that will be produced by changes in the system or in its method of operation.

 

1992 unterschied Hartmut Bossel zwei Möglichkeiten, das Verhalten von dynamischen Systemen durch Simulation nachzuahmen:

·        durch ein Modell, welches „gleiches“ Verhalten zeigt. Das führt zur Beschreibung historischen Verhaltens im Zeitablauf

·        durch ein Modell, welches die gleiche Struktur wie das System aufweist. Das erfordert die Kenntnis der Wirkungsstruktur und erlaubt die Erklärung des Verhaltens sowie die Voraussage weiteren Verhaltens.

Das beschreibende Modell erfordert grosse und genaue Datenmengen aus der Verhaltensbeobachtung. Das erklärende Modell erfordert eine gründliche Kenntnis der Struktur und Funktion des Systems. Dieser Unterschied führt zu zwei verschiedenen Weisen der Modellentwicklung und ergibt am Schluss prinzipiell unterschiedliche Modellformulierungen.

Trotz dieser prinzipiellen Unterschiede sind rein erklärende Modelle kaum anzutreffen. Sie sind meist auf Verhaltensbeschreibungen angewiesen. Aber der Datenbedarf ist viel geringer. Dafür ist der „Verständnisaufwand“ viel höher.

Die „Richtigkeit“ eines solchen Modells lässt sich nicht beweisen. Modelle lassen  sich nur prüfen. Eindeutig feststellen lässt sich nur, wenn ein Modell falsch ist, dass Realität und Simulation auseinanderklaffen. Im positiven Sinne sagt man, das Modell sei für einen bestimmten Zweck „gültig“.