Was sind die Unterschiede zwischen Simulationssoftware: diskret, kontinuierlich und agentenbasiert?

Die Simulation ist in vielen Branchen zu einem festen Bestandteil geworden, da sie einen Einblick in komplexe Abläufe und Prozesse ermöglicht. Dieser Beitrag befasst sich mit den verschiedenen Arten von Simulationssoftwareanwendungen, ihren Fähigkeiten und ihrer Anwendung. Hier werden die diskrete, die agentenbasierte und die kontinuierliche Simulation definiert und die Unterschiede zwischen allen Optionen hervorgehoben, um Unternehmen die Entscheidung bei der Wahl einer Simulationssoftware zu erleichtern.

Definition

Die diskrete Ereignissimulation (DES) modelliert den Betrieb eines Systems als eine Folge von diskreten Ereignissen, die in verschiedenen Zeitintervallen auftreten. Die diskreten Ereignisse treten zu bestimmten Zeitpunkten auf und markieren so die laufenden Zustandsänderungen innerhalb des modellierten Systems.

Bei der kontinuierlichen Simulation (CS) wird der Betrieb eines Systems so modelliert, dass die Systemreaktionen über die gesamte Dauer der Simulation kontinuierlich verfolgt werden. Das bedeutet, dass die Ergebnisse zu jedem Zeitpunkt der Simulation erzeugt werden und nicht in Intervallen. Kontinuierliche Simulationen erzeugen auch Daten in Fällen, in denen keine laufenden Änderungen auftreten.

Agentenbasierte Modelle (ABM) simulieren die Aktionen und Interaktionen einzelner Agenten innerhalb eines Systems. Bei den Agenten kann es sich entweder um ein einzelnes Gerät oder um eine Gruppe von Anlagen handeln, die auf ein ähnliches Ziel hinarbeiten. ABM-Simulationen werden durchgeführt, um die Auswirkungen dieser Agenten auf die Funktionen des gesamten Systems, zu dem der Agent gehört, zu bestimmen.

Ein Beispiel, das die Funktionen dieser verschiedenen Simulationstechniken verdeutlicht, ist das einer einfachen Kasse in einem Supermarkt. Ein DES-Modell betrachtet die Ankunft eines Kunden und den Moment, in dem der Kunde das Geschäft verlässt, als zwei getrennte Ereignisse, während die verbrachte Zeit als Zeitablauf zwischen beiden Ereignissen dargestellt wird. Bei der kontinuierlichen Simulation wird die Anzahl der Kunden, die den Checkpoint passieren, und ihre allgemeine Auswirkung auf das Kassensystem kontinuierlich gezählt. Die ABM-Simulation betrachtet den Kunden und den Checkpoint als autonome Agenten und verfolgt ihre Auswirkungen auf den gesamten Verkaufsprozess.

Anhand dieser Erklärung lässt sich leicht feststellen, dass die DES-Technik physikalische Phänomene oder die Realität hervorragend modelliert, da sie in der Lage ist, auftretende Ereignisse zu verfolgen. Die agentenbasierten und kontinuierlichen Optionen eignen sich hervorragend zur Bestimmung des Verhaltensmusters eines Systems. In vielen Fällen liefert eine Kombination der verschiedenen Simulationstechniken fundiertere Ergebnisse, insbesondere bei der Modellierung komplexer Prozesse mit verschiedenen Variablen und Ereignissen.

Die Unterschiede zwischen agentenbasierten, ereignisdiskreten und kontinuierlichen Simulationsfunktionen

Um diese Unterschiede zu verdeutlichen, werden einige Kriterien herangezogen. Zu diesen Kriterien gehören die folgenden Merkmale:

• Was sie simulieren - Dies bezieht sich auf die Modelle, die sie am besten simulieren können
• Zeitschritt - Dies bezieht sich darauf, wie die Techniken den Ablauf von Zeit und Zeitintervallen betrachten
• Warteschlangen - Dies bezieht sich darauf, wie Warteschlangenströme verwaltet werden
• Statistische Details - Dies bezieht sich darauf, wie sie Ereignisse innerhalb eines Systems definieren oder bewerten

Was sie simulieren

Wie bereits erwähnt, werden DES-Softwareanwendungen zur Simulation von diskreten Ereignissen, Bedürfnissen und Anforderungen eingesetzt. Kontinuierliche Simulationen werden im Allgemeinen auf fließende, kontinuierliche Prozesse angewendet, während ABM auf autonome Agenten und Systeme angewendet wird.

Zeitschritt

Bei DES-Software ändert sich der Zeitschritt je nach Auftreten einzelner Ereignisse, während bei der kontinuierlichen Simulation die Zeitschritte grundsätzlich unverändert bleiben. In AGM-Softwareanwendungen ändern sich die Zeitschritte entsprechend den sich ändernden Interaktionen des autonomen Agenten.

Warteschlange

DES-Software wendet verschiedene Techniken oder Systeme zur Verwaltung von Warteschlangen an. Dazu gehört die Verwendung eines First-in-First-out (FIFO)-Ansatzes oder eines Last-in-First-out (LIFO)-Ansatzes zur Verwaltung von Warteschlangen. Kontinuierliche Simulationssoftware verwendet nur das First-in-First-out-System zur Verwaltung von Warteschlangen. Beim ABM ist die Verwaltung von Warteschlangen etwas anders, da es ein System aus der Sicht des Agenten beschreibt. Aber ein FIFO- oder LIFO-System kann zur Verwaltung von Warteschlangen in ABM-Simulationen verwendet werden.

Die Unterschiede in der Anwendung

Anwendungsfälle bieten realistische Beispiele, um die Unterschiede zwischen den verschiedenen Simulationstechniken zu definieren oder zu verdeutlichen. Beginnen wir mit der diskreten Ereignissimulation. Die diskrete Natur dieser Technik macht sie zu einer ausgezeichneten Wahl für industrielle Simulationen, bei denen Ereignisse auftreten.

Dazu gehören die verarbeitende Industrie, pharmazeutische Produktionsbetriebe, Anlagen und Industrien mit funktionalen Logistiksystemen. Hier bietet die Möglichkeit, die Ankunft und Abfahrt von Einheiten oder Warteschlangenprobleme zu simulieren, einen Einblick in die industriellen Abläufe, wie es andere Methoden nicht können. Ein Beispiel ist der Einsatz der DES-Software von Simio zur Optimierung von Aktivitäten im Nebraska Medical Center. In diesem Beispiel wurde die DES-Modellierung eingesetzt, um den Krankenhausbetrieb zu optimieren, indem die Reisezeit von Chirurgen und Patienten sowie die Nutzung von Operationssälen in der gesamten medizinischen Einrichtung reduziert wurde.

Diskrete Ereignissimulationen sind auch in kapitalintensiven Branchen ein leistungsfähiges Instrument, da sie Was-wäre-wenn-Analysen ermöglichen, bevor weitere Umsetzungsinitiativen in Angriff genommen werden. Die Experimentierfähigkeit, die sie mit sich bringen, kann diese Unternehmen vor finanziellen Verlusten bei bestimmten Geschäftsvorgängen bewahren. Die Fähigkeit, bestimmte Phänomene zu beschleunigen oder zu verlangsamen, um weitreichende Veränderungen oder Systeme zu analysieren, macht es zu einem leistungsstarken Werkzeug für Geschäftsanwendungen.

Weitere Anwendungsvorteile von DES-Software-Apps sind die Verwendung als Schulungs- und Validierungstool in der Industrie 4.0 und die Fähigkeit, die digitale Transformation von Unternehmen in Gang zu setzen.

Kontinuierliche Simulationssoftware - Die kontinuierliche Natur dieser Simulationstechnik macht sie zu einem einzigartigen Werkzeug für die Analyse von fließenden Prozessen oder Elementen mit nichtlinearen Beziehungen.

Kontinuierliche Simulationen werden im Allgemeinen in fortschrittlichen technischen Bereichen eingesetzt, in denen Simulatortriebwerke entwickelt werden. Dazu gehört die Luftfahrtindustrie für die Entwicklung von Flugsimulatoren und Autopilotprogrammen. Sie werden auch bei der Entwicklung von Spielemotoren für Videospiele wie die Nintendo Wii eingesetzt.

In der Industrie werden Softwareanwendungen für die diskrete Ereignissimulation bevorzugt, aber auch die kontinuierliche Simulation wird für generative Entwurfsaufgaben und die Verwaltung von Kontrollsystemen in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt. Sie wird auch bei der Vorhersage oder Abschätzung der Wahrscheinlichkeit von Naturphänomenen wie Überschwemmungen und Wirbelstürmen eingesetzt. Aufgrund dieser Anwendungsbeispiele wird die kontinuierliche Simulation vor allem in MINT-bezogenen Bereichen eingesetzt.

Zu den Vorteilen der kontinuierlichen Simulation gehört die Fähigkeit, Systeme mit unterschiedlichen Aktivitäten innerhalb desselben Zeitintervalls zu beschreiben. Kontinuierliche Simulationen werden aufgrund ihrer theoretischen Analysefähigkeiten auch zur Verbesserung von Systemen der künstlichen Intelligenz eingesetzt.

Agentenbasierte Simulationssoftware - ABM-Modelle werden im Allgemeinen in den Sozialwissenschaften eingesetzt. Sie werden in großem Umfang zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen menschlichen Aktivitäten, sozialen und wirtschaftlichen Systemen und in Einrichtungen eingesetzt, in denen die Interaktionen zwischen verschiedenen Systemen den Betrieb bestimmen.

Die drei Konzepte, die die Anwendung von ABM bestimmen, sind seine Flexibilität, seine Fähigkeit, auftauchende Phänomene zu erfassen, und seine Fähigkeit, Systeme zu definieren. Diese Fähigkeiten bringen bestimmte Vorteile mit sich, wie die Möglichkeit, ABM-Simulationen in DES- oder kontinuierliche Simulationsumgebungen zu integrieren.

Seine Fähigkeit, Interaktionen zwischen autonomen Agenten zu simulieren, macht es auch zu einem ausgezeichneten Werkzeug, um das Verhalten in der Werkstatt zu verstehen. Es kann zum Beispiel verwendet werden, um die Ursachen des Werkstattverkehrs in einer Einrichtung zu analysieren, in der sowohl Menschen als auch autonome Maschinen interagieren. Hier bietet der individualistische Simulationsansatz verschiedene Perspektiven von aktiven Agenten, die die Ursache von Phänomenen wie einem unerwarteten Stau innerhalb eines Systems erklären.

ABM wird aktiv eingesetzt, um fließende Prozesse zu überwachen, wie z. B. das Management von Verkehrs- und Kundenströmen in Geschäften, Parks und Freizeitzentren. Ein Beispiel ist der Einsatz in einem Macy's-Geschäft. In diesem Beispiel wurde ABM eingesetzt, um die Verteilung des Verkaufspersonals innerhalb der Einrichtung und die Interaktion mit den Kunden abzuschätzen und so den Betrieb zu verbessern.

Es wird auch zur Analyse von Börsenphänomenen und operationellen Risiken in Unternehmen in verschiedenen industriellen Nischen eingesetzt. Dies unterstreicht die Vielseitigkeit und Flexibilität, die ABM-Simulationen für verschiedene interaktive Prozesse bieten.

Zusammenfassung

Simulationen bieten Einblicke in menschliche Beziehungen, industrielle Prozesse, Stadt- und Regionalplanung und komplexe Systeme in allen Nischen. Damit zementiert sie ihren Status als wichtiges Werkzeug für die Datenanalyse und die digitale Transformation, das für jedes Unternehmen geeignet ist.

Obwohl DES-, CS- und ABM-Simulationen unterschiedliche Simulationsansätze verwenden, optimieren die von ihnen erzeugten Ergebnisse die menschlichen und industriellen Bestrebungen auf unterschiedliche Weise. Dazu gehören Planung und Umsetzung, Verbesserung von Kundenbeziehungen, Schulung von Mitarbeitern, Entwicklung von Strategien und Design. Die Modellierungs- und Simulationssoftware Simio bietet eine intuitive Plattform für die Modellierung, Ausführung, Verwaltung und gemeinsame Nutzung von DES-, CS- und ABM-Simulationen zur Optimierung der betrieblichen Abläufe in Ihrem Unternehmen. Sie können mehr über spezifische Anwendungsfälle erfahren, indem Sie durch unseren Katalog von Fallstudien blättern.