Die Software für diskrete Ereignissimulation (DES) und die damit verbundenen Vorteile werden heute in den meisten Branchen eingesetzt, um Geschäftsabläufe zu vereinfachen, Vorhersagen zu treffen und Einblicke in komplexe Prozesse zu gewinnen. Bevor jedoch moderne Simulationssoftware wie Simio zur Erstellung glänzender Modelle und zur Ausführung von Echtzeitsimulationen verwendet werden konnte, gab es frühere Technologien, die die Grundlage für moderne Simulationssoftware bildeten. Wie Sie wahrscheinlich erkennen können, gibt es definitiv eine Geschichte hinter der Entwicklung von Simulationssoftware und heute wird diese Geschichte erzählt.
Um diese Geschichte korrekt zu erzählen, muss die Entwicklung von in chronologischer Reihenfolge geordnet werden. Die traditionelle Reihenfolge , die heute verwendet wird, ist die von R.E. Nance im Jahr 1995 beschriebene Reihenfolge. Diese chronologische Reihenfolge wird hier verwendet, allerdings mit leichten Änderungen, um den frühesten Erinnerungen an Simulationssoftware und den aktuellen Fortschritten Rechnung zu tragen. Dies ist , weil die Reihenfolge, auf die 1995 am häufigsten verwiesen wurde, nicht die Bemühungen von Jon von Neumann und Stanislaw Ulam berücksichtigte, die die Simulation nutzten, um das Verhalten von Neutronen im Jahr 1946 zu analysieren.
RE. Die Chronologie von Nance, die im Jahr 1995 verfasst wurde, konnte und wollte den jüngsten Paradigmenwechsel bei DES-Software nicht berücksichtigen. Dieses verständliche Versäumnis wird ebenfalls hervorgehoben und in diesem Beitrag berücksichtigt. Daher sollte dieser Beitrag über die diskrete Ereignissimulation als eine Aktualisierung der Geschichte und Entwicklung der DES-Software betrachtet werden.
Die frühen Jahre (1930 – 1950)
Bevor sich die diskrete Simulation durchsetzte, nutzten die frühen Mathematiker deterministische statistische Stichproben, um Unsicherheiten abzuschätzen und komplexe Prozesse zu modellieren. Dieser Prozess war zeitaufwändig und fehleranfällig, was zu den frühen DES-Techniken führte, die als Monte-Carlo-Simulationen bekannt sind. Die früheste Simulation war die Buffon-Nadel-Technik, mit der Georges-Louis Leclerc, Compte de Buffon, den Wert von Pi schätzte, indem er Nadeln auf einen Boden aus parallelen, äquidistanten Streifen fallen ließ. Obwohl diese Methode erfolgreich war, hat die Simulationssoftware, wie wir sie kennen, ihren Ursprung im Jahr 1946.
Irgendwann im Herbst 46′ sahen sich zwei Mathematiker mit dem Problem konfrontiert, das Verhaltensmuster von Neutronen zu verstehen. Um zu verstehen, wie sich Neutronen verhalten, entwickelten Jon von Neumann und Stanislaw Ulam die Roulette-Rad-Technik, um diskrete Simulationen durchzuführen. Der Geistesblitz kam Ulam, als er eine Partie Solitaire spielte. Ulam simulierte erfolgreich, wie oft er bei Solitaire gewinnen konnte, indem er Hunderte von erfolgreichen Spielen studierte.
Nachdem er einige Spiele erfolgreich geschätzt hatte, stellte er fest, dass es Jahre dauern würde, erfolgreiche Spiele für jedes Blatt manuell zu beobachten und auszuwählen. Diese Erkenntnis führte dazu, dass Ulam Jon von Neumann beauftragte, ein Programm zu entwickeln, das mehrere Solitaire-Spiele auf dem Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC) simulieren konnte. Und die erste Simulationssoftware wurde geschrieben.
Die Zeit der Suche (1955 – 1960)
Der Erfolg der beiden Mathematiker bei der Simulation von Neutronenverhaltensmustern rückte die Simulation ins Rampenlicht und ermutigte die Regierungsbehörden, ihren Einsatz im Militär zu erforschen. Wie bei allen technologischen Prozessen konnte das Wachstum der diskreten Simulationssoftware nur mit den damals verfügbaren Recheneinheiten Schritt halten. Damals waren analoge und kaum digitale Computer das Sprungbrett für die Entwicklung.
Um 1952 übernahmen John McLeod und ein paar seiner Kumpel im Naval Air Missile Test Center die Verantwortung für die Definition von Simulationskonzepten und die Entwicklung von Algorithmen und Routinen, um die Entwicklung standardisierter Simulationssoftware zu erleichtern. Im Hintergrund arbeiteten John Backus und sein Team auch an der Entwicklung einer Hochsprache für Computer. Die Bemühungen der verschiedenen Teams, die unabhängig voneinander arbeiteten, führten zur Entwicklung der ersten Simulationssprache und -software, die zur Entwicklung der DES-Software führen sollte.
Es wird auch das allgemeine Thema hervorgehoben, wie technologische Fortschritte und Softwareentwicklungen stattfinden, die durch Fortschritte in verschiedenen, miteinander verbundenen Bereichen.
Der Advent (1960 – 1965)
1961 hatten John Backus und sein Team bei IBM erfolgreich FORTRAN entwickelt, die erste Hochsprachenprogrammierung für den täglichen Gebrauch. Der Erfolg von FORTRAN führte zur Entwicklung einer Allzweck-Simulationssprache auf der Grundlage von FORTRAN. Diese Sprache war SIMSCRIPT , die 1962 von Harry Markowitz erfolgreich eingeführt wurde.
Auch andere allgemeine Simulationssoftware und -systeme entstanden in dieser Zeit, da konkurrierende Auftragnehmer weiterhin Simulationssprachen und -systeme entwickelten. Ende 1965 waren Programme und Pakete wie ALGOL, General Purpose Simulation System (GPSS), und General Activity Simulation Program (GASP) entwickelt worden. IBM Computer und die BUNCH-Crew, bestehend aus Burroughs, UNIVAC, NCR, Control Data Corporation und Honeywell, entwickelten leistungsfähigere Computer, um komplexe Simulationen durchzuführen.
Einer der Höhepunkte dieses Zeitraums war die erfolgreiche Entwicklung des Gordon Simulators durch IBM. Der Gordon Simulator wurde von der Federal Aviation Administration (Luftfahrtbehörde des Bundes) eingesetzt, um Informationen über das Wetter an die Beteiligten in der Luftfahrtindustrie weiterzugeben. Damit wurde zum ersten Mal eine Simulation in der Luftfahrtindustrie eingesetzt.
Auch hier spielten die Zunahme der Verarbeitungsgeschwindigkeit und die Einführung des neuen Begriffs „computergestütztes Design“ eine Rolle bei der Entwicklung von Simulationssoftware für den Einsatz. Zu diesem Zeitpunkt wurden die frühen Simulationspakete und -sprachen noch überwiegend von der Regierung und einigen wenigen Unternehmen verwendet. Außerdem wurden benutzerfreundliche, intuitive und reaktionsschnelle Pakete langsam in Simulationssoftware wie das GPSS integriert, das in den 60er Jahren populär geworden war.
Die prägenden Jahre (1966 – 1970)
Die prägenden Jahre waren durch die Entwicklung von Simulationssoftware für den kommerziellen Einsatz bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt hatten Unternehmen begonnen, die Simulation und ihre Rolle bei der Vereinfachung von Geschäftsprozessen und der Lösung komplexer Probleme zu verstehen. Der Erfolg von Systemen wie dem Gordon Simulator weckte auch das Interesse der Industrieakteure an den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von DES-Software.
In Anerkennung der Notwendigkeit, Simulation in industriellen Prozessen anzuwenden, wurde 1967 die erste Organisation gegründet, die sich ausschließlich der Simulation widmete, und die erste Konferenz wurde in New York im Hotel Roosevelt abgehalten. Auf der zweiten Konferenz wurden 78 Beiträge zur diskreten Ereignissimulation und zur Entwicklung von DES-Software eingereicht. Überraschenderweise sind einige der Fragen, die auf der Konferenz von 1968 gestellt wurden, auch heute noch relevant. Zu diesen Fragen gehören:
- Die Schwierigkeiten, das Topmanagement von Simulationssoftware zu überzeugen
- Wie die Simulation in den Bereichen Fertigung, Verkehr, menschliches Verhalten, städtische Systeme usw. angewendet werden kann.
Die Expansionsphase (1971 – 1978)
Die Expansionsphase war der Vereinfachung des Modellierungsprozesses bei der Verwendung von Simulationssoftware und der Einführung ihrer Verwendung in den Klassenzimmern gewidmet. Zu diesem Zeitpunkt hatten verschiedene Branchen begonnen, den Einsatz und die Vorteile von Simulationssoftware für ihre jeweiligen Branchen zu verstehen. Dies wiederum führte dazu, dass die Notwendigkeit erörtert wurde, die Schüler auf eine Welt vorzubereiten, in die Simulationen integriert sind.
Auch der technologische Fortschritt wie z. B. die Einführung und weite Verbreitung von Personalcomputern machte es erforderlich, Simulationssoftware für spezielle Betriebssysteme zu entwickeln. Dies führte zur Entwicklung der GPSS/H für IBM-Großrechner und Personal Computer. Die GPSS/H führte auch interaktives Debugging in den Simulationsprozess ein und machte den Prozess etwa 20 Mal schneller als frühere Simulationspakete . Was die technologische Entwicklung betrifft, so führte GASP IV auch die Verwendung von Zeitereignissen während der Simulationen ein, was das Wachstum der damals für die Industrie verfügbaren Simulationssoftware verdeutlicht.
Auf der fünften Simulationskonferenz , die 1971 als „Winter Simulation Conference“ bezeichnet wurde, wurden der Öffentlichkeit unter verschiedene Anleitungen zur Verwendung von Simulationspaketen wie GASP2 und SIMSCRIPT zur Verfügung gestellt. Die wachsende Popularität der Simulation führte auch zu einer Zunahme der kommerziellen Möglichkeiten, und bis 1978 konnte Simulationssoftware für weniger als 50.000 $ erworben werden.
Die Konsolidierung und Erneuerung (1979 – 1986)
Das Zeitalter der Konsolidierung wurde durch das Aufkommen von Desktop- und Personalcomputern bestimmt, was zu einer weit verbreiteten Entwicklung von Simulationssoftware für Personalcomputer führte. Auch die Simulationssoftware erfuhr eine Aufwertung durch die Entwicklung der Simulationssprache für alternative Modellierung (SLAM). Das SLAM-Konzept ermöglichte es, verschiedene Modellierungsmöglichkeiten zu kombinieren und mehrere Modellierungsperspektiven zu erhalten, wenn komplexe Prozesse behandelt werden.
Diese Verbesserungen oder Entwicklungen ermöglichten Simulationen für die Produktionsplanung, und die Fertigungsindustrie begann, sich für Simulationssoftware zu interessieren. Die Zunahme der Rechenleistung und der Speicherkapazität führte auch zur Entwicklung von Fabrikmanagementsystemen wie CAM – I. CAM – I war die erste Simulationssoftware , die ausschließlich für die Steuerung von Aktivitäten und Prozessen in den Werkhallen verwendet wurde.
Bis 1983 wurde SLAM II entwickelt, ein Simulationspaket für den industriellen Einsatz, das seiner Zeit voraus war. SLAM II bot drei verschiedene Modellierungsansätze, die bei Bedarf auch kombiniert werden konnten . Zu diesen Ansätzen gehörten die diskrete Ereignismodellierung, die Netzwerkmodellierung und die Möglichkeit, die diskrete Modellierung und die Netzwerkmodellierung in ein bestimmtes Simulationsmodell zu integrieren. Noch wichtiger ist, dass SLAM II etwa 900 $ kostete, was zu dieser Zeit relativ günstig war. Dies kann als der Moment bezeichnet werden, in dem die diskrete Ereignissimulation zu ihrem Recht kam, da kommerzielle Software Optionen für die Modellierung der diskreten Ereignissimulation für die allgemeine Öffentlichkeit verfügbar wurden.
Die Wachstums- und Animationsphase (1987 – 2000)
In den 90er Jahren kam es zu einer Konsolidierung der in den vorangegangenen Jahren erzielten Fortschritte, und viele miteinander verknüpfte Technologien und Prozesse wurden in diesem Jahrzehnt ebenfalls ausgereift. In dieser Ära lag der Schwerpunkt auf Einfachheit, der Entwicklung interaktiver Benutzeroberflächen und der Bereitstellung von Simulationen für jedermann, auch für technisch nicht versierte Personen.
Mitte der neunziger Jahre wurde die Simulationssoftware eingesetzt, um noch komplexere Probleme zu lösen, z. B. die Simulation aller Ereignisse und Prozesse in Großanlagen. Das Beispiel von Universal Data System war zu dieser Zeit ein Novum. Universal Data System hatte die Aufgabe, sein gesamtes Werk auf einen hybriden Flow-Shop umzustellen, der die Produktion verbesserte. Um dies zu erreichen, nutzte das Unternehmen GPSS, und das Endergebnis war ein erfolgreicher Fluss, der den täglichen Betrieb verbesserte, und der gesamte Prozess wurde innerhalb von 30 Tagen modelliert und simuliert.
Im Jahr 1998 begannen die Anbieter, die Simulationssoftware um Datenerfassungsfunktionen zu erweitern. Zu diesen Funktionen gehörten die Automatisierung von Datenerfassungsprozessen, die Verwendung von 3D-Grafiken und Animationen um den Simulationsprozess benutzerfreundlicher und nicht technisch zu gestalten. Es erübrigt sich zu sagen, dass die technologischen Fortschritte in den Bereichen Animation, Modellierung, Grafikdesign, und Erstellung von Benutzeroberflächen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Simulationssoftware in diesem Zeitraum gespielt haben.
Die Phase der Flexibilität und Skalierbarkeit (2000 – 2019…)
Schließlich kommen wir zur letzten Evolutionsphase der DES-Software, wie wir sie kennen. Auch hier haben Fortschritte in miteinander verknüpften Technologien die Skalierung der Simulation und die Beschleunigung ihres Prozesses ermöglicht. Die Entwicklung, die mit dem neuen Jahrtausend kam, sah DES Anbieter die Nutzung von Cloud Computing, KI und High-Performance Computing nutzen, um die Simulation zu größeren Höhen zu führen.
Weitere Veränderungen, die in diesen Jahrzehnten eintraten, waren die Entwicklung des produktionsbasierten Planungsprozesses hin zu einem simulationsbasierten Planungsprozess. Dieser Wandel ermöglichte die Simulation in Echtzeit der Planung, Verarbeitung und Entscheidungsfindung. Dieser Wandel geht auch mit der vierten industriellen Revolution einher, bei der Datenerfassung, Automatisierung und Vernetzung vorherrschen. Die Simulationssoftware dieser Generation hat sich zu Werkzeugen entwickelt, die die Digitalisierung und die Entwicklung digitaler Zwillinge ermöglichen.
Diskrete Ereignissimulationssoftware wie Simio sind Beispiele für die umfassenden Simulationstechnologien, die benötigt werden, um Industrie 4.0 voranzutreiben. Denn die DES-Software der neuen Generation muss in der Lage sein, ihre eigenen Daten zu sammeln und zu speichern, genaue 3D-Grafiken zu modellieren, Animationen zu erstellen, Echtzeit-Planung zu verwalten und zu digitalisieren. Außerdem müssen sie mit Funktionen ausgestattet sein, die die Nutzung von Cloud Computing, die Integration von Unternehmensressourcenplanungsanwendungen und High-Performance-Computing ermöglichen. Diese Funktionen arbeiten alle zusammen, um sicherzustellen, dass die komplexesten Simulationen ausgeführt werden, um genaue Antworten oder Erkenntnisse zu liefern, wenn sie in professionellen Umgebungen angewendet werden.
Zusammenfassung
Die Zukunft der diskreten Ereignissimulation ist keineswegs in Stein gemeißelt, wie die Erfahrungen aus früheren Epochen gezeigt haben. Das bedeutet, dass mit dem Fortschritt der miteinander verknüpften Technologien und der Simulationssoftware in den kommenden zehn Jahren weitere industrielle Konzepte und Geschäftsmodelle umgestoßen werden.