Teilschritte einer Simulationsstudie

Problemspezifikation

• Ausfgabenformulierung
• Kriterienfestlegung
• Datenerhebung

Modellbildung

• Strukturfestlegung
• Modellgleichungen
  • Festlegung der Zustandsvariablen ist der Ausgangspunkt jeder Modellbildung
• Modellvereinfachung

Implementierung

• Modellumsetzung
• Berechnungsverfahren
• Laufzeitoptimierung

Validierung

• Fehlersuche
  • Modellierungsfehler
    • vereinfachende Modellannahmen
    • ungenauigkeiten in Modellparametern
  • Approximationsfehler des iterativen Berechnungsverfahrens
  • Rundungsfehler (Rundung aufgrund der Zahlendarstellung im Computer)
  • Programmier-, Implementierungsfehler
• Konsistenzprüfung
• Daten-, Parameterabgleich

Gesamtfehler

• Fehlerquellen
  • Modellierungsfehler $\left\vert P-M\right\vert$
  • Diskretisierungsfehler $\left\vert M-D\right\vert$
  • Abbruchfehler $\left\vert D-L\right\vert$
  • Visualisierungsfehler $\left\vert L-V\right\vert$
• Gesamtfehler setzt sich aus Einzelfehlern zusammen
  $$\left\vert P-L\right\vert\le\left\vert P-M\right\vert+\left\vert M-D\right\vert+\left\vert D-L\right\vert+\left\vert L-V\right\vert$$

• Akzeptanz einer Lösung $L$ zu gegebenen Problem $P$, wenn in allen $4$ Schritten vergleichbar kleine Fehler gemacht wurden

Validierung

Sicherstellen, dass ein Simulationsmodell das reale System in Rahmen der Zielsetzung ausreichend gut abbildet.

Elemente einer Validierung

• Syntaktische Fehlerfreiheit der Implementierung (Debugging)
• Numerische Korrektheit der Implementierung (Reproduktion einer analytischen Lösung)
• Plausibilität der Simulationsergebnisse und Verfahrensparameter (``naturgetreues'' Verhalten)
• Zulässigkeit der Modellannahmen, logische Konsistenz (Anwendbarkeit zur Problemlösung)
• Ausreichende Detailliertheit des Modells (korrekte Modellstruktur)
• Richtigkeit der Modellparameter (Parameteranpassung anhand realer Daten)

Simulationsläufe

• Parametervariation
• Strukturvariation
• Vorhersage und Optimierung

Ergebnispräsentation

• Datenauswertung
• Visualisierung und Animation
  • Zeitverlauf
  • Phasenraumplot (Auftragen der Zustandsgrößen gegeneinander)
  • Spezialvisualisierungen
  • Animation
• Dokumentation