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4 Charakterisierung und Auswahl einer
Entwicklungsumgebung
Charakterisierung und Auswahl einer Entwicklungsumgebung
Die Anwendung einer universellen, objektorientierten Programmiersprache zur Implementierung
mathematischer Modelle (Java, C++, ...) lässt viele Freiheiten und hält nahezu alle
Möglichkeiten offen. Allerdings sind praktisch alle Komponenten bis zum lauffähigen, implementierten
Rechenmodell als Eigenlösung in Pionierarbeit zu erstellen. Typisch für die
Modellbildung ist jedoch eine Vielzahl häufig wiederkehrender gleichartiger Aufgaben.
In den Ingenieurwissenschaften existiert eine Vielzahl etablierter Simulationssysteme (z.B.
Matlab/Simulink [Mat-02], Dymola/Modelica [Dym-02], [Mod-02] u.v.a. (*) ). Sie unterstützen
methodisch neue Entwicklungsprozesse. Häufig wiederkehrende Aufgaben wie die
numerische Integration, die Nullstellensuche, graphische Darstellungen oder Aufbau und Verwaltung
einer Modellbibliothek werden von der Entwicklungsumgebung übernommen.
Allein durch Anwendung des Simulationssystems nutzt man implizit Expertenwissen, Erfahrungen
bzw. in der Domäne etablierte Methoden.
Darüber hinaus existieren anwendungsdomänenspezifische, fertig konfektionierte Simulatoren
für spezielle Anwendungsbereiche. Diese lassen im Extremfall kaum eigene Entwicklungsarbeit
zu, sondern das häufig verborgene mathematische Modell ist fest implementiert.
Die Anpassung an die aktuelle Konfiguration kann allenfalls durch menügeführte Parametrierung
erfolgen. Gerade im Bereich der Gebäudesimulation existieren eine Reihe solcher Tools
für meist private Anwender ohne spezielle Vorkenntnisse. Solche Systeme werden hier nicht
betrachtet.
(*) TRNSYS [Abschnitt 4.2] nimmt eine Sonderstellung ein. Es ist konzeptionell kein
universelles mathematisches Werkzeug wie Matlab bzw. Dymola. Es erlaubt aber
auch die freie Entwicklung und Einbindung eigener Module.
4.1 Matlab/Simulink
4.1.1 Die Entwicklungsumgebung
Im Bereich der mathematischen Systemmodellierung und Simulation ist die Entwicklungsplattform
Matlab [Mat-02, BiBr-97, Hof-98] stark verbreitet. Matlab stellt eine leistungsfähige
mathematische Entwicklungsumgebung dar, die auf der Matrizenkalkulation basiert. Sie
verfügt über eine eigene Script-Sprache und umfangreiche mathematische Bibliotheken.
Verschiedenste Forschergruppen erweiterten Matlab in den 20 Jahren seines Bestehen für ausgewählte
Anwendungen. Diese Komponenten wurden dem Matlab-Programmpaket hinzugefügt
und stellen die sogenannten Matlab-toolboxes dar. Zur Zeit existieren etwa 150
Toolboxes zu den verschiedensten Anwendungsgebieten wie Betriebswirtschaft, Statistik,
Steuerungs- und Regelungstechnik und viele andere. Alle Berechnung werden im sogenannten
Matlab-workspace in Form von Befehlszeilen abgearbeitet.
Eine dieser Toolboxes stellt die graphische Entwicklungs- und Simulationsumgebung Simulink
dar. Simulink wird zur Systemmodellierung und Simulation unter Matlab genutzt. Die
Modellspezifikation erfolgt hierbei unter einer graphischen Entwicklungsoberfläche. Über
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