Simulation

Banks[1] et al definieren Simulation wie folgt: “A simulation is the imitation of the operation of a real-world process or system over time.” Simulationen greifen dabei auf geeignete Modelle zurück, die sich bezüglich der Fragestellung wie das Original verhalten, dabei gilt, das Modell wird nicht so genau wie möglich, sondern nur so genau wie notwendig beschrieben. Man beschreibt diesen Prozess der Modellierung auch als Isolation

Die Simulation ermöglicht es nun Systeme und ihre Modifikationen nicht am Original, sondern am Modell zu studieren. Risikoreiche, teure oder langfristige Experimente am realen System können so vermieden werden. Die damit verbundene Variabelmachung bezeichnet man auch als Generalisierung.

[1] J. Banks; J. Carson; B. Nelson; D. Nicol (2001). Discrete-Event System Simulation. Prentice Hall. p. 3. ISBN 978-0-13-088702-3.

Im Gegensatz zur Simulation wird ein System bzw. eine Systemkomponente an ihren Schnittstellen genau nachgebildet, quasi ein digitaler Zwilling erzeugt. Dieser kann dann anstatt der realen Komponente ohne Einschränkung der Funktionalität eingesetzt werden. Kombiniert mit einer Simulation kann es dann werden, wenn andere Aspekte (Inputs) simulativ erzeugt werden und das Verhalten des Zwillings untersucht werden sollen. Dieser Ansatz kann insbesondere in der Vorentwicklung von Systemkomponenten eingesetzt werden. 

Verifikation bezieht sich auf den Prozess der Überprüfung, ob die Implementierung des spezifizierten Modells der Spezifikation entspricht. Das Erstellen oder Spezifizieren des Modells (Spezifikation) stellt also den eigentlichen Modellierungsvorgang dar. Es geht darum sicherzustellen, dass das System ordnungsgemäß implementiert wurde und die spezifizierten Eigenschaften korrekt in der Implementierung erfasst wurden. Die Verifikation kann durch einen formallogischen Beweis (eher selten), Inspektion, Überprüfung des Codes und Tests erfolgen. Hieraus leiten sich Anforderungen an eine Spezifikationssprache ab:

• An die Modellklasse angepasst
• Möglichst formal (selten, meist semiformal)
• Wiederspruchfrei
• Interpretationsfrei
• Implementierungsneutral

Validierung hingegen bezieht sich auf den Prozess der Überprüfung, ob das entwickelte System oder Modell tatsächlich die Bedürfnisse und Anforderungen des Benutzers entspricht. Es geht darum sicherzustellen, dass das Modell, das tut, was es tun soll, sich also hinsichtlich der Fragestellung genauso verhält, wie das Original. Validierung kann durch

• Statistisches Testen (Modellvergleich), oder durch
• Überprüfung der Anforderungen, Benutzertests und Feedback erfolgen (Face valediy) erfolgen. Hierzu sind Animationen und dash boards eine große Hilfe

Zusammenfassend ist Verifikation der Prozess der Überprüfung, ob das System ordnungsgemäß hinsichtlich seiner Spezifikation implementiert wurde, während Validierung der Prozess der Überprüfung der Gültigkeit des Modells ist, also, ob das System den Anforderungen und Bedürfnissen des Benutzers entspricht.

Ist eine verbreitete Methode zur numerischen Lösung von Differentialgleichungen. Eine erste Einführung finden sie z.B. Unter Numerische Simulation – Wikipedia

Beschreibt eine breite Klasse von Algorithmen, die durch das wiederholte Anwenden zufallsbedingter Beispiele (Sample) ein nummerisches Ergebnis erbringen. Dabei wird vorausgesetzt, dass das Verfahren konvergiert.

Erlaubt, wie DES, die Untersuchung des nichtlinearen Verhaltens komplexer Systeme. Ist jedoch nicht so detailgetreu wie bei DES und eignet sich eher für prinzipieller Zusammenhänge. Ein geeigneter Ansatz zur Modellierung bilden „Bossel-Diagramme“, die Auswertung dieser Diagramme führt dann wieder auf die Lösung von Differentialgleichungssystemen.