Systemanalyse und Modellaufbau

Systemanalyse und Modellaufbau sind die Grundlagen allgemeiner wis­ senschaftlicher Tatigkeit. Die Systemanalyse hat zunachst die Aufgabe, komplexe Systeme zu be­ schreiben und ihr dynamisches Verhalten zu erklaren oder vorhersag­ bar zu machen. Das geschieht durch den Entwurf eines abstrakten Mo­ dells. Ein abstraktes Modell ist ein vereinfachtes, durch Abstrak­ tion und Idealisierung gewonnenes Abbild eines realen Wirklichkeits­ ausschnittes. Es muJ3 so aufg~baut sein, daJ3 sich die wesentlichen Eigenschaften, Sachverhalte und Verhaltensweisen des Systems darauf abbilden lassen. Ein abstraktes Modell kann mit Hilfe der Simulation auf einer Re­ chenanlage ablauffahig gemacht werden. Die auf diese Weise gewonne­ nen Ergebnisse tiber das Modellverhalten lassen sich auf das ursprtingliche System zurtickUb~rtragen. Das Einsatzgebiet der Systemsimulation ist sehr vielfaltig. Simula­ tionsmodelle werden zur Untersuchung komplexer Systeme in ~o unter­ schiedlichen Bereichen wie Medizin, Biologie, Psychologie, Okologie, Technik, Energiewirtschaft, Verkehrsplanung, Geologie, Soziologie, Betriebswirtschaft, Volkswirtschaft, usw. eingesetzt. Die Systems i­ mulation erweist sich dami t als fachtibergreifende, alle fachspezi­ fische Einengung tiberwindende, allgemeine wissenschaftliche Diszi­ plin. In drei Banden soll ein umfassender Uberblick tiber die Leistungsfa­ higkei t der Simulation gegeben werden. Die Darstellung ziel t ganz bewuJ3t auf leichte Verstandlichkeit und Anschaulichkeit. 1m vorliegendem Band 1 "Systemanalyse und lIIodellaufbau" werden die Grundlagen eingeftihrt. Zahlreiche Beispiele aus unterschiedlichen Bereichen illustrieren das Vorgehen. Der nachfolgende Band 2 "Der Simulator GPSS-FORTRAN Version 3" er­ lautert in ausflihrlicher Weise die Struktur und die Implementierung des Simulators GPSS-FORTRAN Version 3.

0 Einführung.- 0.1 Der Aufbau des Simulators GPSS-EORTRAN Version 3.- 0.1.1 Das Programmpaket.- 0.1.2 Modularer Aufbau und strukturierte Programmgestaltung.- 0.2 Die Modellerstellung.- 0.2.1 Warteschlangensysteme.- 0.2.2 Ereignisorientierte Simulation.- 0.2.3 Simulation kontinuierlicher Systeme.- 0.2.4 Kombinierte Modelle.- 0.3 Handhabung und Bedienbarkeit.- 0.3.1 Die Dokumentation.- 0.3.2 Der Modellaufbau.- 0.3.3 Die Ein- und Ausgabe.- 0.3.4 Die Betriebsarten.- 0.3.5 Die Ausbaustufen.- 0.3.6 Die Einsatzgebiete des Simulators GPSS-FORTRAN Version 3.- 0.3.7 Wie lernt man die Bedienung des Simulators GPSS-FORTRAN Version 3.- 0.4 Anerkennungen.- 1 Der wissenschaftliche Erkenntnisprozeß.- 1.1 Einführung in Systemanalyse und Modellaufbau.- 1.1.1 Das abstrakte Modell.- 1.1.2 Das analytische Verfahren.- 1.1.3 Die reale Modellierung.- 1.1.4 Die Validierung.- 1.1.5 Zusammenfassung.- 1.1.6 Das Modell Cedar Bog Lake.- 1.1.7 Die Systemanalyse für komplexe Systeme.- 1.2 Beschreibungsverfahren für abstrakte Modelle.- 1.2.1 Attributklassen und Zustandsvariable.- 1.2.2 Der Begriff des Automaten.- 1.2.3 Abstraktionsebenen.- 1.2.4 Modellobjekte.- 1.2.5 Auswahl des abstrakten Modells.- 1.2.6 Modellklassen.- 1.2.7 Kombinierte Modelle.- 1.2.8 Approximationen.- 1.3 System und Modell.- 1.4 Parameterschätzung.- 1.5 Der Lebenszyklus für die Modellentwicklung.- 1.5.1 Problemdefinition.- 1.5·2 Systemanalyse und Modellaufbau.- 1.5.3 Bestätigung des Modells.- 1.5.4 Durchführung des Simulationsversuches.- 1.5.5 Ergebnisanalyse.- 2 Reale Modelle und Simulation.- 2.1 Systeme mit identischem abstrakten Modell.- 2.1.1 Das mechanische Feder-Stoßdämpfer System.- 2.1.2 Das elektrodynamische System.- 2.1.3 Das Modell für einen chemischen Reaktor.- 2.2 Klassifikation der realen Modelle.- 2.3 Numerische Integration von Differentialgleichungen.- 2.4 Die analytische Auswertung und die Simulation.- 2.4.1 Der Vergleich der Verfahren.- 2.4.2 Der Schwingkreis.- 2.4.3 Analytische Lösungen für Warteschlangensysteme.- 3 Warteschlangenmodelle.- 3.1 Beschreibungsmöglichkeit für Warteschlangenmodelle.- 3.1.1 Das Modell Supermarkt.- 3.1.2 Grundlagen einer formalen Modellbeschreibungs- sprache für Warteschlangenmodelle.- 3.2 Stationen in Warteschlangenmodellen.- 3.2.1 Übersicht über die Stationstypen.- 3.2.2 Facilities.- 3.2.3 Multifacilities.- 3.2.4 Pools und Storages.- 3.2.5 Strategien für Storages.- 3.2.6 Auftragskoordinierung.- 3.3 Die Policy.- 3.3.1 Statische Policies.- 3.3.2 Dynamische Prioritäten.- 3.4 Modell Fertigungssteuerung.- 3.4.1 Die Betriebsmittelausstattung.- 3.4.2 Das Auftragsprofil.- 3.4.3 Die Organisationsform.- 3.4.4 Das abstrakte Modell.- 3.4.5 Veränderung der Betriebsmittelausstattung..- 3.4.6 Einfluß der Prioritäten auf das Leistungsverhalten der Anlage.- 3.4.7 Veränderung der Organisationsform durch Einführung dynamischer Prioritäten.- 4 Lineare Modelle.- 4.1 Beschreibungsmöglichkeiten für lineare Modelle.- 4.1.1 Energiefreie, lineare Modelle.- 4.1.2 Die Übertragungsfunktion.- 4.1.3 Kopplungen.- 4.1.4 Die Sprungantwort.- 4.1.5 Elementare Übertragungsglieder.- 4.1.6 Modelle mit variabler Struktur.- 4.2 Das Zeitverhalten.- 4.2.1 Übertragungsglieder mit Verzögerung.- 4.2.2 Verzögerung höherer Ordnung.- 4.2.3 Integrale Übertragungsglieder.- 4.2.4 Übertragungsglieder mit Totzeit.- 4.2.5 Rückkopplung.- 4.3 Regelung linearer Systeme.- 4.3.1 Grundbegriffe.- 4.3.2 Reglertypen.- 4.3·3 Regelung integraler Strecken.- 4.3.4 Regelung komplexer Strecken.- 4.3.5 Regelung nichtlinearer Strecken.- 4.4 Modell Autopilot.- 4.4.1 Der Aufbau des einfachen Grundmodells.- 4.4.2 Das Verhalten des Modells mit Totzeit.- 4.4.3 Zeitvariante Totzeit.- 5 Simulatoren.- 5.1 Die Aufgaben eines Simulators.- 5.1.1 Aufbau des Modells.- 5.1.2 Beschreibung und Auswertung des Experiments.- 5.1.3 Angebot von Methoden und Verfahren.- 5.2 Klassifikation von Simulatoren.- 5.2.1 Pakete und Sprachen.- 5.2.2 Sprachebenen.- 5.2.3 Anwendungsbereiche.- 5.3 Leistungsbewertung von Simulatoren.- 5.3.1 Leistungskriterien.- 5.3.2 Leistungsvergleich von Musielak und Stößel.- 5.3·3 Leistungsvergleich von Pritsker.- 5.3.4 Leistungsvergleich von Cellier.- 5.4 Simulatoren der nächsten Generation.