Einführung und Grundbegriffe (MuS)

Question 1

Was ist ein System?

Answer 1

Ein System ist ein Ausschnitt aus der Gesamtmenge von Objekten und Beziehungen. Sind häufig komplex und nicht leicht durchschaubar.

Question 2

Was ist eine Systemanalyse?

Answer 2

Eine Ganzheitsbetrachtung über die Grenzen der Wissenschaftsdisziplinen hinausgreifende Analyse.

• Erforschung des Verhaltens von Systemen gegenüber menschlichen Eingriffen und Gestaltungswünschen
• Analyse des Systemverhaltens über die Zeit
• Weitgehende Verwendung mathematisch-quantitativer Modelle

Question 3

Was ist Systemtheorie?

Answer 3

Theorie der Beziehungen zwischen den Elementen und Teilsystemen eines Systems und des Zusammenhangs zwischen Struktur und Funktionsweisen von Systemen.

Ziel ist Erkennung und Erforschung der Prinzipien für alle möglichen Systeme in den unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen und deren Verallgemeinerung

Question 4

Was sind Elemente und Objekte eines Systems?

Answer 4

Nicht weiter unterteilbare Komponenten des Systems

Question 5

Was sind Eigenschaften und Attribute eines Objektes bzw. Systems?

Answer 5

Werte der Zustandsvariablen

Question 6

Was ist ein Systemzustand?

Answer 6

Menge der Werte der Zustandsvariablen zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Question 7

Was ist Systemverhalten?

Answer 7

Dynamische Zustandsfolgen, insbesondere Werteverlauf über die Zeit

Question 8

Was ist Systemkomplexität?

Answer 8

Die Anzahl der Elemente und Beziehungen, also der Verflechtungsgrad

Question 9

Was sind offene und geschlossene Systeme?

Answer 9

-Offen: Mindestens eine Interaktionsbeziehung mit umgebendem System, Systemgrenzen sind durchlässig
Beispiel: Fabrik mit Systemeingängen Rohstoffe, Aufträge, Energie

-Geschlossen: Keine Interaktion mit Systemumgebung
Beispiel: Aquarium

Question 10

Was sind statische und dynamische Beziehungen?

Answer 10

Statisch: Ohne Zeitbezug

Dynamisch: Berücksichtigung des Verhaltens der Systeme über die Zeit

Question 11

Was sind kybernetische und nicht-kybernetische Systeme?

Answer 11

Ob die Rückkopplungen zwischen Systemelementen berücksichtigt wird

Question 12

Was ist das Ziel einer Modellierung?

Answer 12

Ziel ist die Gewinnung von Verständnis, nicht das Modell selbst.
Streben nach Einfachheit der Modelle, solange das Modell noch angemessen ist.

-Simple and Small ist beautiful

Question 13

Was ist ein Modell?

Answer 13

Vorbild, Muster, Entwurf von Gegenständen, auch gedankliche Kostruktionen

Modelle sind materielle oder immaterielle Systeme,
die Elemente und Relationen des Ursprungssystems
in vereinfachter Weise darstellen, so dass eine
experimentelle Manipulation der abgebildeten
Strukturen und Zustände möglich ist

Question 14

Was sind Merkmale der Modellbildung?

Answer 14

• grundlegene Funktion ist die Abbildung eines realen Systems
• Modell ist vereinfacht, nur wichtiges darstellen, Verallgemeinerung, Abstraktion
• häufig auch Idealisierung hinsichtlich bestimmter Systemfunktionen, Außerachtlassen von Unerwünschtem und Irrationalem, Anpassung von Unregelmäßigkeiten
• Modellbildung bedeutet meist Reduktion von Komplexität

Question 15

Was sind Gründe für die Modellbildung?

Answer 15

• erlaubt Hypothesen und Beobachtungen zu systematisieren und logische Folgerungen zu ziehen
• Verständnis des Realsystems
• liefert konzeptionellen Rahmen für die Untersuchung der Vorteilhaftigkeit von Sytemveränderungen
• ermöglicht Veränderungen, die häufig in realen Systemen nicht oder nur mit wesentlich höherem Aufwand durchführbar sind
• reduziert Zeitaufwand von Projekten7
• ermöglicht Untersuchung (noch) nicht existierender Systeme

Question 16

Was ist eine Simulation?

Answer 16

• Durchführung von Experimenten an einem Modell, das anstelle des Originalsystems tritt
• dynamischer Prozess für Erkenntnisse, die auf Wirklichkeit übertragbar sind

Question 17

Was ist ein analytisches Modell?

Answer 17

-mathematisches Gleichungssystem zur Berechnung einer geschlossenen Lösung für gesuchten Systemendzustand, z.B. Optimierungsmodell

Question 18

Was sind Simulationsmodelle?

Answer 18

• Schritt für Schritt Lösung mit Zwischenzuständen, die dem realen System nachgebildet sind
• erst sinnvoll, wenn analytische Modelle komplexe Realsysteme nicht ädaquat nachbilden können

Question 19

Was sind Vorteile von Simulationsmodellen gegenüber analytischen Modellen?

Answer 19

• höherer Grad an Realitätsnähe
• unterschiedliche Detaillierungsgrade nach den gleichen Modellierungsprinzipien möglich
• erlaubt Sensivitätsuntersuchungen der angenommen statistischen Verteilungen
• óft mathematisch weniger komplex
• es lassen sich alternative Systemstrukturen untersuchen
• Simulationsmodelle anschaulicher, zeitliche Entwicklung der Systemzustände Schritt für Schritt nachvollziehbar

Question 20

Was sind Nachteile von Simulationsmodellen gegenüber analytischen Modellen?

Answer 20

• höherer Entwicklungsaufwand
• höherer Rechenaufwand
• höherer Datenbedarf, aber größerer Detaillierungsgrad
• Notwendigkeit der Wiederholung von Simulationsläufen, da Simulationsmodelle normalerweise stochastisch sind
• keine Optimierungsmethode, keine optimale Lösung garantiert, aber auffinden einer guten Lösung gegenüber Ist-Zustand oft ausreichen

Question 21

Was sind (Zeit-)diskrete Simulationsmodelle?

Answer 21

• Systemzustandsänderungen zu diskret verteilten Zeitpunkten, Modellierung auf der Mikroebene
• logisch-algorithmisch-mathematische Modellpräsentatin

Beispiel: Änderung der Warteschlangenlänge im Wartesystem zu Zeitpunkten t1, t2, t3….

Question 22

Was sind kontinuierliche Simulationsmodelle?

Answer 22

• Beschreibung kontinuierlicher Systemveränderungen über die Zeit aufgrund physikalischer bzw. biologischer Gesetze
• mathematische Modellrepräsentation in Form von Gleichungen für eine Menge von kontinuierlichen Zustandsvariablen
• Differentialgleichungen

Question 23

Was sind typische Zielgruppen diskreter Modelle?

Answer 23

• BWL
• Wirtschaftsinformatik
• Informatik

Beispiel: Bedienungs- /Warte Modelle

Question 24

Was sind typische Zielgruppen für kontinuierliche Modelle?

Answer 24

• Biologie, Ökologie, Chemie
• Elektrotechnik, Halbleiter
• Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Strömungstechnik
• Bauwesen, Verkehrsplanung
• Physik

Question 25

Wie ist der Modellbildungszyklus?

Answer 25

• man hat reales System
• daraus bildet man konzeptuelles Modell, validiert das mit realem System
• bildet daraus Computermodell und validiert das wieder
• Computermodell wird mit realem System validiert
• mit Computermodell dann Experimente und Experimentergebnisse
• man hat dann Erkenntnisse zum realen System

Question 26

Was sind die Phasen des Modellbildungsprozesses?

Answer 26

1) Problemdefinition und Systemidentifikation
2a) Modellentwurf: Konzeptuelles Modell
2b) Datenerhebung
3) Modellimplementation
4) Modellvalidierung
5) Simulationsexperimente
6) Ergebnisanalyse
7) Dokumentation
8) Modelleinsatz in der Praxis

Question 27

Was ist Abstraktion bei einer Modellbildung?

Answer 27

-Verallgemeinerung bzw.
Entnahme des Allgemeinen aus dem Besonderen
-Loslösung vom Gegenständlichen
- Unterscheidung des Wesentlichen vom Zufälligen (VDI 3633)

• Beispiel: Identifikation der hauptsächlichen Kundentypen
  gegenüber Zufallskunden bei der Simulation eines Supermarkts

Question 28

Was ist Idealisierung bei einer Modellbildung?

Answer 28

-Außerachtlassen von Unerwünschtem und Irrationalem
-Anpassung (jedoch nicht Außerachtlassung) von
Unregelmäßigem

-Beispiele: Annahme der Nutzung möglichst kurzer Wege/Routen,
Abschätzung jahreszeitlicher Schwankungen der
Sonneneinstrahlung in ökologischen Seemodellen mit Sinusfunktion