Diskrete Simulation

1 Einführung und Grundbegriffe.- 1.1 Systeme.- 1.2 Modelle.- 1.3 Simulation.- 1.4 Modellbildung und Modellbildungszyklus.- 1.5 Anwendungsfelder der zeitdiskreten Simulation.- 1.6 Möglichkeiten und Grenzen der Modellbildung und Simulation.- 1.6.1 Das Potential der Modellbildung und Simulation.- 1.6.2 Probleme der Modellbildung und Simulation.- 2 Elemente zeitdiskreter Simulationsmodelle.- 2.1 Beziehungen zwischen Zustand und Zeit.- 2.2 Konzepte der zeitdiskreten Simulation.- 2.2.1 Ereignisorientierte Sicht (event scheduling).- 2.2.2 Prozeßorientierte Sicht (process interaction).- 2.2.3 Transaktionsorientierte Sicht (transaction flow).- 2.3 Komponenten ereignisorientierter Simulationsmodelle.- 2.4 Typische Modellklassen und ihre Realisierung.- 2.4.1 Simulation von Bedienungs-/Wartesystemen.- 2.4.1.1 Systemstruktur.- 2.4.1.2 Beispiel: Ein Bedienungssystem mit mehreren Servicestellen und begrenztem Warteraum.- 2.4.1.3 Implementation in Modula-2.- 2.4.2 Simulation von Lagerhaltungssystemen.- 2.4.2.1 Systemstruktur.- 2.4.2.2 Beispiel: Ein Mehrprodukt-Lagerhaltungssystem mit Vorbestellungen.- 2.4.3 Simulation von ausfallanfälligen Systemen.- 2.4.3.1 Systemstruktur.- 2.4.3.2 Beispiel: Wartungsstrategien für eine technische Anlage.- 2.5 Ereignisorientierte versus prozeßorientierte Sicht.- 2.5.1 Beispielmodell eines Fertigungssystems.- 2.5.2 Ereignisorientierte Version.- 2.5.3 Prozeßorientierte Version.- 3 Implementation von Simulationsmodellen mit Modula-2.- 3.1 Anforderungen an Implementationssprachen für Simulationsmodelle.- 3.1.1 Allgemeine Anforderungen.- 3.1.2 Simulationsspezifische Anforderungen.- 3.2 Realisierung grundlegender Simulationsbausteine mit Modula-2.- 3.2.1 Modularisierung.- 3.2.2 Freispeicherverwaltung.- 3.2.3 Simulationsstatistik.- 3.2.4 Ereignislisten Verwaltung (Modul EventChain).- 3.2.5 Warteschlangenverwaltung (Modul Queue).- 3.2.6 Verteilungsfunktionen (Modul Distributions).- 3.2.7 Implementationsdetails.- 3.3 Implementation eines Beispielmodells in der Modula-2-Simulationsumgebung.- 3.3.1 Datenstrukturen.- 3.3.2 Prozeduren.- 3.3.3 Statistische Berechnungen.- 4 Statistische Verfahren.- 4.1 Zufallszahlenerzeugung.- 4.1.1 Die Bedeutung von Zufallszahlen für die Simulation.- 4.1.2 Erzeugung gleichverteilter Zufallszahlen.- 4.1.3 Zufallszahlen beliebiger Verteilungen.- 4.2 Ein portabler Zufallszahlengenerator in Modula-2.- 4.3 Testverfahren zur Bestimmung statistischer Eingabeverteilungen für Simulationsmodelle.- 4.4 Die statistische Planung und Auswertung von Simulationsexperimenten.- 4.4.1 Zur Notwendigkeit der Wiederholung von Simulationsexperimenten.- 4.4.2 Anfangszustand und Anlaufphase.- 4.4.2.1 Heuristische Verfahren zur Bestimmung der Anlaufphase.- 4.4.2.2 Statistische Testverfahren zur Bestimmung der Anlaufphase.- 4.4.3 Schätzgenauigkeit der Simulationsergebnisse.- 4.4.3.1 Autokorrelation.- 4.4.3.2 Konfidenzintervalle bei unabhängigen Stichproben werten.- 4.4.3.3 Konfidenzintervalle bei quasi-unabhängigen Stichprobenwerten.- 4.4.3.4 Konfidenzintervalle bei autokorrelierten Stichprobenwerten.- 4.4.3.5 Schlußbetrachtung zur Ermittlung der Schätzgenauigkeit.- 4.4.4 Wahl des Stichprobenumfangs.- 4.4.5 Varianzreduzierende Methoden.- 4.4.5.1 Antithetische Variablen.- 4.4.5.2 Gemeinsame Zufallszahlen.- 4.4.6 Bestimmung des Optimums in einem Simulationsexperiment.- 5 Modellvalidierung und -dokumentation.- 5.1 Zur Notwendigkeit einer Gültigkeitsprüfung.- 5.2 Grundsätze für ein Validierungskonzept.- 5.3 Ein mehrstufiger Ansatz zur Modellvalidierung.- 5.3.1 Validierung des konzeptuellen Modells.- 5.3.2 Modellverifikation.- 5.3.3 Operationale Modellvalidierung.- 5.4 Modelltransparenz durch Dokumentation.- 6 Simulationssoftware.- 6.1 Klassifikation von Simulationssoftware.- 6.1.1 Simulationssoftware auf Sprachebene.- 6.1.2 Simulationssoftware auf Modellebene.- 6.1.3 Unterstützungssysteme.- 6.2 Simulationssysteme.- 6.2.1 Definition und generelle Zielsetzung.- 6.2.2 Anforderungen an Simulationssysteme.- 6.2.3 Aufbau von Simulationssystemen.- 6.2.4 Beispiel für ein Simulationssystem.- 7 DESMO — Ein umfassendes Simulationspaket in Modula-2.- 7.1 Entwicklungsziele.- 7.2 Unterstützte Modellierungsstile.- 7.3 Ereignisorientierte Modellierung.- 7.3.1 Entities und Ereignisse.- 7.3.2 Warteschlangen.- 7.4 Prozeßorientierte Modellierung.- 7.4.1 Entities.- 7.4.2 Warteschlangen.- 7.5 Höhere Modellierungskonstrukte.- 7.5.1 Ressourcenwettbewerb.- 7.5.2 Produzenten/Konsumenten-Beziehungen.- 7.5.3 Direkte Prozeßkooperation.- 7.5.4 Bedingtes Warten.- 7.6 Zufallszahlenerzeugung.- 7.7 Statistik.- 7.7.1 Nicht zeitgewichtete Statistik.- 7.7.2 Zeitgewichtete Statistik.- 7.7.3 Zeitreihen und Grafik.- 7.8 Reportgenerierung.- 7.9 Fehlerbehandlung.- 7.10 Deadlock-Überwachung.- 7.10.1 Definition und Ursachen.- 7.10.2 Behandlungsma ßnahmen.- 7.11 Implementation.- 7.11.1 Übersicht über die DESMO-Modulstruktur.- 7.11.2 Organisation der Ereignisliste.- 7.11.3 Systemtechnische Angaben.- 7.12 DESMO in der Simulationsanwendung.- 7.12.1 Modell eines Fertigungssystems (Jobshop-Modell).- 7.12.2 Ereignisorientierte Modellimplementation.- 7.12.3 Prozeßorientierte Modellimplementation.- 7.12.4 Transaktionsorientierte Modellimplementation.- 7.12.5 Aktivitätsorientierte Modellimplementation.- 7.12.6 Modellerweiterung: Prioritäten und Unterbrechungen.- 7.12.7 Zeitreihen und Grafik.- 7.12.8 Weitere Beispielmodelle.- 8 Ausblick: Neuere Konzepte zur Unterstützung der Modellbildung und Simulation.- 8.1 Objektorientierte Modellbildung.- 8.1.1 Objektorientierte Programmierung.- 8.1.2 Vorzüge der objektorientierten Programmierung.- 8.1.3 Bedeutung der objektorientierten Programmierung für die Modellbildung und Simulation.- 8.2 Einsatz von KI-Methoden.- 8.2.1 Einsatz von Expertensystemen zur Unterstützung der Modellbildung und Simulation.- 8.2.2 Qualitative Simulation.- Anhang A: Übungen.- A.1 Simulationsaufgaben.- A.2 Simulationsprojekte.- Anhang B: Modula-2-Simulationsprogramme.- B.1 Modula-2-Programm eines Platzreservierungsmodells.- B.2 Eine einfache Modula-2-Simulationsumgebung.- B.2.1 Modul EventChain.- B.2.2 Modul Queue.- B.2.3 Modul Distributions.- B.2.4 Modul FixedInOut.- B.2.5 Anwendungsbeispiel: Modul JobShop.- Anhang C: DESMO-Benutzerdokumentation.- C.1 Ereignisorientierte Simulation.- C.1.1 Modul EventSimulation.- C.1.2 Modul eQueue.- C.2 Prozeßorientierte Simulation.- C.2.1 Modul ProcessSimulation.- C.2.2 Modul Queue.- C.3 Höhere Synchronisationsmechanismen.- C.3.1 Modul Res.- C.3.2 Modul Bin.- C.3.3 Modul WaitQ.- C.3.4 Modul CondQ.- C.4 Zufallszahlen.- C.4.1 Modul RealDist.- C.4.2 Modul IntDist.- C.4.3 Modul BoolDist.- C.5 Statistik.- C.5.1 Modul Tally.- C.5.2 Modul Histogram.- C.5.3 Modul Count.- C.5.4 Modul Accumulate.- C.5.5 Modul Regression.- C.5.6 Modul TimeSeries.- C.5.7 Modul DESgraph.- C.6 Hilfsmodule.- C.6.1 Modul StringHdl.- C.6.2 Modul ReportIO.- Anhang D: Programmtexte der Beispielmodelle.- D.1 Jobshop-Modell.- D.1.1 Ereignisorientierte Version.- D.1.2 Prozeßorientierte Version.- D.1.3 Transaktionsorientierte Version.- D.1.4 Aktivitätsorientierte Version.- D.1.5 Version mit Prioritäten und Unterbrechungen.- D.2 Weitere Beispielmodelle.- D.2.1 Simulation einer Fähre.- D.2.2 Simulation einer Fähre mit direkt kooperierenden Prozessen.- D.2.3 Tanker-Modell mit Prioritäten.- D.2.4 Erweitertes Tanker-Modell.- Literatur.