Die Simulation ist aufgrund ihrer Fähigkeit, Einblicke in komplexe Abläufe und Prozesse zu geben, zu einem festen Bestandteil vieler Branchen geworden. Dieser Beitrag befasst sich mit den verschiedenen Arten von Simulationssoftwareanwendungen, ihren Möglichkeiten und Anwendung. Hier werden die diskrete, agentenbasierte und 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.
Die kontinuierliche Simulation (CS) modelliert den Betrieb eines Systems, um die Reaktionen des Systems während der gesamten Dauer der Simulation kontinuierlich zu verfolgen. Das bedeutet, dass die Ergebnisse zu jedem Zeitpunkt der Simulation und nicht in Intervallen erzeugt werden. 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 bestimmen, zu dem der Agent gehört .
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 den Laden verlässt, als zwei getrennte Ereignisse, während die verbrachte Zeit als Zeitspanne zwischen beiden Ereignissen dargestellt wird. Bei der kontinuierlichen Simulation wird die Anzahl der Kunden, die den Kontrollpunkt 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.
Mit 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 sind hervorragend geeignet, um das Verhaltensmuster eines Systems zu bestimmen. 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 hervorzuheben, werden einige Kriterien herangezogen. Diese Kriterien umfassen 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 Warteschlangenflüsse verwaltet werden
- Statistische Details – Dies bezieht sich darauf, wie sie Ereignisse innerhalb eines Systems definieren oder bewerten
Was sie simulieren
Beginnend mit DES werden, wie bereits erwähnt, DES-Softwareanwendungen verwendet, um diskrete Ereignisse, Bedürfnisse und Anforderungen zu simulieren. Kontinuierliche Simulationen werden im Allgemeinen auf fließende, kontinuierliche Prozesse angewandt, während ABM auf autonome Agenten und Systeme angewendet wird.
Zeitschritt
Bei der Software DES ändert sich der Zeitschritt entsprechend dem Auftreten einzelner Ereignisse, während bei der kontinuierlichen Simulation die Zeitschritte im Wesentlichen unverändert bleiben. In AGM-Softwareanwendungen ändern sich die Zeitschritte entsprechend den sich ändernden Interaktionen des autonomen Agenten.
Warteschlange
DES-Software verwendet verschiedene Techniken oder Systeme zur Verwaltung von Warteschlangen. Dazu gehört die Verwendung eines First-in-First-out (FIFO)-Ansatzes oder des Last-in-First-out (LIFO)-Ansatzes zur Verwaltung von Warteschlangen. Die 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 für die Definition oder Hervorhebung der Unterschiede , die bei der Verwendung dieser verschiedenen Simulationstechniken auftreten. Beginnend mit der diskreten Ereignissimulation ist diese Technik aufgrund ihrer diskreten Natur eine ausgezeichnete 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 industrielle Abläufe, wie es andere Methoden nicht können. Ein Beispiel ist die Verwendung 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 Industrien leistungsstarke Werkzeuge, da sie Was-wäre-wenn-Analysen durchführen können, bevor weitere Implementierungsinitiativen verfolgt werden. Die Experimentierfähigkeit, die mit sich bringt, kann diese Unternehmen vor finanziellen Verlusten bei bestimmten Geschäftsvorgängen bewahren. Die Möglichkeit, bestimmte Phänomene zu beschleunigen oder zu verlangsamen, um weitreichende Veränderungen oder Systeme zu analysieren, macht es zu einem leistungsstarken Werkzeug für Geschäftsanwendungen .
Zu den weiteren Vorteilen der Anwendung von gehören die Nutzung von DES-Software-Apps als Schulungs- und Validierungsinstrument in der Industrie 4.0 und die Möglichkeit, die digitale Transformation von Unternehmen anzustoßen .
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 fortgeschrittenen technischen Bereichen eingesetzt, in denen Simulatortriebwerke entwickelt werden. Dazu gehört die Luftfahrtindustrie für die Entwicklung von Flugsimulatoren und Autopilotprogrammen. Es wird auch bei der Entwicklung von Spielmotoren für Videospiele wie die Nintendo Wii verwendet.
In der Industrie werden Softwareanwendungen für die diskrete Ereignissimulation bevorzugt , aber die kontinuierliche Simulation wird für generative Entwurfsaufgaben und das Management von Kontrollsystemen in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt. Sie wird auch bei der Vorhersage oder Abschätzung der Wahrscheinlichkeit von Naturphänomenen wie dem Auftreten von Überschwemmungen und Wirbelstürmen eingesetzt. Diese Anwendungsbeispiele bedeuten, dass die kontinuierliche Simulation vorwiegend in MINT-bezogenen Bereichen eingesetzt wird.
Zu den Vorteilen der kontinuierlichen Simulation gehört die Fähigkeit, Systeme mit unterschiedlichen Aktivitäten zu beschreiben, die innerhalb desselben Zeitintervalls stattfinden. Kontinuierliche Simulationen werden aufgrund ihrer theoretischen analytischen Fähigkeiten 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 Interdependenzen 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 definieren, sind ihre Flexibilität, ihre Fähigkeit, auftauchende Phänomene zu erfassen, und ihre Fähigkeit, Systeme zu definieren. Mit diesen Fähigkeiten sind bestimmte Vorteile verbunden, wie z. B. 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 Ansatz der Simulation verschiedene Perspektiven von aktiven Agenten, die die Ursache von Phänomenen wie einem unerwarteten Verkehrsstau innerhalb eines Systems erklären.
ABM wird aktiv genutzt, um fließende Prozesse zu überwachen, wie z. B. den Verkehr und das Management der Kundenströme in Geschäften, Parks und Erholungszentren. Ein Beispiel ist der Einsatz in einem Macy’s-Geschäft. In diesem Beispiel wurde ABM eingesetzt, um die Verteilung der Mitarbeiter innerhalb der Einrichtung und deren Interaktion mit den Kunden abzuschätzen und so den Betrieb zu verbessern.
Es wird auch zur Analyse von Börsenphänomenen und operationellen Risiken in Organisationen in verschiedenen industriellen Nischen eingesetzt. Dies unterstreicht die Vielseitigkeit und Flexibilität, die ABM-Simulationen für verschiedene interaktive Prozesse bieten.
Zusammenfassung
Die Simulation bietet Einblicke in menschliche Beziehungen, industrielle Prozesse, Stadt- und Regionalplanung und komplexe Systeme in jeder Nische. Damit zementiert seinen Status als wichtiges Werkzeug für die Datenanalyse und die digitale Transformation, das für jede Organisation entwickelt wurde.
Obwohl DES-, CS- und ABM-Simulationen unterschiedliche Simulationsansätze verwenden, optimieren die Ergebnisse, die sie produzieren, menschliche und industrielle Bemühungen auf unterschiedliche Weise. Diese Möglichkeiten umfassen Planung und Implementierung, Verbesserung der Kunden beziehungen, 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.