Computersimulering

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Fysisk korrekt simulering af en tyktflydende væske
Computersimulering af bølger fra kølvandet
Wave -animation af tsunamien i Asien december 2004

Computersimulering eller computersimulering forstås at forstå implementering af en simulering ved hjælp af en computer, mere præcist - et computerprogram . Dette program beskriver eller definerer simulation model .

De første computersimuleringer omfattede simulering af en todimensionel hårdkuglemodel ved hjælp af Metropolis- algoritmen og Fermi-Pasta-Ulam-eksperimentet . [1] [2]

Typer af simulering

Statisk simulering

Tiden spiller ikke en rolle i den statiske simulering. Modellen er statisk, det vil sige, at den kun betragter et tidspunkt, så det er mere eller mindre et øjebliksbillede.

Monte Carlo -simulering

Hvis simuleringen er baseret på tilfældige tal og / eller stokastik (sandsynlighedsmatematik), taler man om Monte Carlo -simulering på grund af den konceptuelle nærhed til spil. Denne metode har fundet vigtige anvendelser, især inden for fysik , og to bøger af fysikeren Kurt Binder er blandt de mest citerede publikationer inden for denne gren af ​​videnskaben. [3]

Dynamisk simulering

Tid spiller altid en vigtig rolle i modellerne for dynamisk simulering. Den dynamiske simulering overvejer processer eller procedurer.

Kontinuerlig simulering

Med kontinuerlig simulering kortlægges kontinuerlige processer. Denne type simulering bruger differentialligninger til at repræsentere de fysiske eller biologiske love, som processen, der skal simuleres, er baseret på.

Diskret simulering

Den diskrete simulering bruger tiden til at forårsage bestemte hændelser i henhold til statistisk eller tilfældigt målte tidsintervaller, som igen bestemmer (næste) systemtilstand.

Også kendt som processimulering eller hændelsesdrevet simulering, bruges diskret simulering hovedsageligt i produktion og logistik. Langt de fleste praktiske problemer ligger på dette område. I modsætning til de kontinuerlige modeller kan modellerne for denne simulering godt repræsenteres med standardiserede elementer (f.eks. Tilfældige tal , køer , sandsynlighedsfordelinger osv.). En anden kraftfuld tilgang til udvikling af diskrete, hændelsesdrevne modeller er Petri net- teorien.

Styrken ved den diskrete simulering ligger i, at den inkluderer chancen eller sandsynligheden i modellen og giver en erklæring om den forventede sandsynlighed for de forskellige systemtilstande med tilstrækkeligt hyppige beregninger. Anvendelsesområdet for denne type simulering er derfor stort:

  • Arbejdsgange i produktionen (alle bilproducenter er store simuleringsbrugere)
  • Logistikprocesser (forsyningskæder, containerhåndtering osv.)
  • Processer med et stort antal mennesker eller varer (lufthavne, store togstationer, men også motorvejsboder, offentlige transportsystemer, postdistributionscentre, marshallværfter osv.)

Hybrid simulering

Man taler om hybridsimulering, når modellen har egenskaber for både kontinuerlig og diskret simulering. Sådanne modeller findes f.eks. I medicinske simuleringer - især til træning - hvor biologien, der skal simuleres, ikke er tilstrækkeligt kendt til at kunne skabe en tilstrækkeligt detaljeret, kontinuerlig model.

System Dynamics

Under systemdynamikken er simuleringen

  • mere komplekst,
  • diskret tid,
  • ikke lineær,
  • mere dynamisk og
  • fodret tilbage

Forstå systemer. I det væsentlige bruges sådanne simulatorer

  • feedbackadfærden for socioøkonomiske systemer ("Industrial Dynamics"),
  • udviklingen af ​​storbyområder ("Urban Dynamics") og
  • Verdens modeller, som f.eks B. for Club of Rome ("World Dynamics")

underlagt. Arbejdsmetoderne og værktøjerne svarer næsten udelukkende til kontrolteknik eller cybernetik .

Multi-agent simulering

Multi-agent simulering , der kan ses som et særligt tilfælde af diskret simulering, gør det muligt at modellere nye fænomener og dynamiske interaktioner.

Simuleringssprog

Selvom et simuleringsprogram (simulator) i princippet kan fungere med ethvert generelt programmeringssprog - i enkle tilfælde selv med standardværktøjer som f.eks. B. et regneark - kan oprettes, specielle simuleringssprog er blevet udviklet siden 1960'erne - efter den første tilgængelighed af tilstrækkeligt hurtige computere.

I første omgang var disse sprog begrænset til rent matematisk eller numerisk bestemmelse og repræsentation af simuleringsprocesser og resultater. Med fremkomsten af ​​flere og mere kraftfulde pc'er i 1980'erne kom grafisk repræsentation og for nylig animation imidlertid mere og mere.

I diskret simulering gøres der i øjeblikket indsats for at implementere optimeringsmetoder, som f.eks B. Kunstige neurale netværk , genetiske algoritmer eller uklar logik . Disse komponenter skal tilføre karakteristikken ved den uafhængige søgen efter optimale løsninger til de klassiske simulatorer, som i sig selv ikke har en optimerende effekt.

Under udtrykket " digital fabrik " forsøger store virksomheder - især dem inden for konstruktion af køretøjer og fly - at forbinde den (overvejende animerede) processimulering med metoder til omkostninger, til automatisk oprettelse af teknisk dokumentation og planlægningssystemer til produktionssteder og anlæg, for at reducere udviklingstider og omkostninger samt for at minimere kvalitetskontrol og vedligeholdelsesomkostninger.

litteratur

Weblinks

Wiktionary: Computersimulering - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

  1. ^ N. Metropolis , A. Rosenbluth, M. Rosenbluth , A. Teller og E. Teller : Ligning af statsberegninger ved hurtige computermaskiner . I: Journal of Chemical Physics . tape   21 , 1953, s.   1087-1092 , doi : 10.1063 / 1.1699114 .
  2. ^ E. Fermi, J. Pasta, S. Ulam: Undersøgelser af ikke -lineære problemer (PDF; 595 kB) . Dokument LA-1940 (maj 1955)
  3. ^ Kurt Binder , Monte Carlo-metoder i statistisk fysik , Springer, Berlin [ua] 1979, ISBN 3-540-09018-5 og Applications of Monte Carlo-metoden i statistisk fysik , Berlin, Springer 1984, ISBN 3-540-12764 -X