Eine wesentliche Grundlage des modernen Entwicklungs- und Planungsprozesses
in den Ingenieurwissenschaften bildet die Methode der Modellbildung
und Simulation (M&S). Die Modellbildung beschäftigt sich mit der Abstraktion
wesentlicher Aspekte technischer Systeme und deren Umsetzung in einem
Modell. Mit der Simulation werden die erstellten Modelle auf einem
Computer ausgeführt, mit dem Ziel Erkenntnisse über das Systemverhalten
zu gewinnen. Die einmalige Ausführung eines Modells wird als Simulationslauf
bezeichnet. Ein einfaches Simulationsexperiment umfasst eine Menge
von Simulationsläufen mit variierten Einflussgrößen. Komplexe simulationsbasierte
Experimente sind durch die Integration der Simulation mit anderen
numerischen Verfahren, wie zum Beispiel der Optimierung, dem Screening
oder der Sensitivitätsanalyse, gekennzeichnet. Bei hoch komplexen Simulationsexperimenten
ist neben dem Parameterraum auch die Modellstruktur
Gegenstand der Untersuchung.
Die klassische Vorgehensweise der M&S stößt im Ingenieurbereich
zunehmend an ihre Grenzen. Ein Grund sind wachsende Ansprüche von
Kunden nach individuellen Produkten. Dadurch steigen die Variantenvielfalt
und oft die Komplexität technischer Systeme und damit auch der daraus resultierenden
Modelle sowie Untersuchungsziele. Das heißt, die Spezifikation
und Ausführung von Simulationsexperimenten umfasst nicht nur eine Menge
von Modellvarianten mit zulässigen Parametrierungen, sondern auch Kombinationen
numerischer Verfahren und deren Konfiguration. Weiterhin ergibt
sich die Folge zu untersuchender Varianten oder anzuwendender numerischer
Methoden oft erst im Verlauf eines Experiments aus zuvor ermittelten Untersuchungsergebnissen.
Die vorliegende Arbeit leistet demgemäß einen Beitrag zur Entwicklung
von allgemeinen Methoden zum Variantenmanagement in der
M&S bis auf die Ebene der Simulationsexperimente und zur automatisierten
Ausführung von Simulationsexperimenten. Die Lösungsvorschläge werden
aufbauend auf dem ASIM-Vorgehensmodell, der modular-hierarchischen
Modellbildung und dem System Entity Structure/Model Base (SES/MB)
Framework entwickelt. Das Variantenmanagement basiert auf verschiedenen
Phasen, der Variantenanalyse, -formalisierung, -implementierung und – generierung. Weiterhin wird eine modular-hierarchische Strukturierung für Simulationsexperimente
entwickelt. Durch eine Erweiterung des SES/MB
Frameworks können nicht nur Modellvarianten, sondern vollständige Experimentvarianten
spezifiziert, implementiert und generiert werden. Weiterhin
wird ein Konzeptrahmen zum automatisierten Experimentieren basierend auf
dem erweiterten SES/MB Framework erarbeitet. Abschließend werden die
entwickelten Methoden an einem Anwendungsbeispiel aus dem Bereich der
Produktion und Logistik präsentiert.
Aktualisiert: 2021-11-09
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