und Komponenten-Technologien in der Modellierung ... - CES - KIT

2 1 Einführung
Die genaue Geburtsstunde der computergestützten Simulation lässt sich nur schwer bestimmen,
da es sich bei den ersten gegen Ende der vierziger Jahre durchgeführten Simulationen wohl um
kernphysikalische Modellexperimente im Umfeld der US-amerikanischen Kernwaffenentwicklung
gehandelt haben dürfte, die noch heute weitgehend militärischer Geheimhaltung unterliegen.
Ausgehend von diesen ersten auf Digitalrechnern durchgeführten Simulationsexperimenten
wurden bis in die späten fünfziger Jahre zunächst einmal wichtige mathematische
Grundlagen der computergestützten Simulation kontinuierlicher und diskreter Systeme erarbeitet.
Dazu zählen vor allem statistische Methoden sowie Verfahren zur algorithmischen Erzeugung
von Pseudozufallszahlen. In der darauf folgenden Phase, die bis Anfang der siebziger
Jahre reichte, wurden formale Modellierungsmethoden wie beispielsweise Warteschlangen-
und Petrinetze entwickelt. Darüber hinaus gingen aus dieser Phase universelle Simulationssprachen
wie z.B. GPSS (General Purpose Simulation System) und SIMULA 1 sowie darauf
aufbauende Simulationswerkzeuge hervor. Diese zum Teil sehr mächtigen Werkzeuge ermöglichten
es dem Modellierer, weitaus komplexere Modelle als bisher zu implementieren, was
schließlich dazu führte, dass man sehr bald an die Grenzen der Leistungsfähigkeit der damals
zur Verfügung stehenden Rechner stieß und sich verstärkt der Parallelisierung und Verteilung
von Simulationen zuwandte.
Ende der siebziger Jahre als die heute bekannte Simulationsmethodologie bereits in ihren wesentlichen
Grundzügen feststand, begann für den Bereich der computergestützten Simulation
der nächste bedeutende und bis heute andauernde Entwicklungsabschnitt. Wesentliche Impulse
für die nun folgenden Entwicklungsphasen kamen zum einen aus den vielfältigen praktischen
Simulationsanwendungen, die sich in den meisten Wissenschafts- und Ingenieursbereichen
sehr schnell als ein wichtiges, teilweise sogar unverzichtbares Hilfsmittel etablierten. Starken
Einfluss hatte zum anderen auch die sich rasant weiterentwickelnde Informationstechnik. In
den achtziger Jahren wurde die computergestützte Simulation vor allem durch die nun stark
aufkommende Objektorientierung und den Einsatz von Methoden aus der künstlichen Intelligenz
geprägt. Darüber hinaus beschäftigte man sich intensiv mit der 2-dimensionalen Darstellung
simulierter Abläufe. In der darauf folgenden Entwicklungsphase, die sich durch die gesamten
neunziger Jahre bis heute erstreckt, wurde die Simulation grundlegend durch das zunehmend
an Bedeutung gewinnende Internet sowie den auf der Objektorientierung aufsetzenden
Komponenten- und Agententechnologien beeinflusst. Des Weiteren ermöglichte die enorm
angestiegene Rechenleistung nun auch die 3-dimensionale Darstellung simulierter Abläufe.
Die vorliegende Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über die jüngste Entwicklungsphase
der computergestützten Modellierung und Simulation, wobei der Schwerpunkt der Betrachtungen
auf dem Einsatz von Web- und Komponenten-Technologien liegt 2 . Diese beiden Schlüsseltechnologien
lassen sich nicht nur innerhalb der Modellierung und Simulation gewinnbringend
einsetzen, sondern eröffnen darüber hinaus auch die Möglichkeit, äußerst fruchtbare Verbindungen
zu anderen Bereichen herzustellen. In diesem Zusammenhang wird im Detail auf
die Kopplung von Modellierungsmethoden mit Verfahren aus der Optimierung eingegangen.
Diese Kopplung, die darauf abzielt, die heute noch weitgehend manuell durchgeführte Suche
nach optimalen Modellparametereinstellungen zu automatisieren, erfordert neben technischen
Infrastrukturmaßnahmen vor allem auch methodische Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der
Optimierung. Die Entwicklung von Verfahren, die den hohen Anforderungen und zahlreichen
1 Die Bedeutung von SIMULA ist vor allem darauf zurückzuführen, dass bei der Entwicklung dieser Programmiersprache
erstmalig objektorientierte Konzepte umgesetzt wurden.
2 Auf die Problematik der 3-dimensionalen Darstellung simulierter Abläufe wird nur am Rande eingegangen.