8 2 Monte-Carlo-Simulation (MCS)Der eigentliche Transport, d.h. <strong>de</strong>r Zeitpunkt und die Art <strong>de</strong>r nächsten Systemzustandsän<strong>de</strong>rung,wird mit <strong>de</strong>r Zeitgleichung (engl. Free-Flight-Kernel, FFK) und <strong>de</strong>rEreignisgleichung (engl. Collision-Kernel, CK) beschrieben. Die Transportgleichungsetzt sich zusammen zuK(k′ , t′→ k, t) = T(k′, t′→ t) ⋅C(t,k′→ k) . (2.9)Der FFK T(k′, t′→ t) entspricht <strong>de</strong>r Wahrscheinlichkeitsdichte, dass <strong>de</strong>r nächsteZustand zum Zeitpunkt t eingenommen wird unter <strong>de</strong>r Bedingung, dass <strong>de</strong>r gegenwärtigeZustand k´ zum Zeitpunkt t´ eingenommen wur<strong>de</strong>:T(kλ′ ′k ′, t′→ t) = f ′(t| t′) = λk′(t) ⋅Rk(t | t ) mit (2.10)∑k ′ t) = λk′k(t)k≠k′( und (2.11)Rk ′(t| t′ ) = ∏Rk′k(t | t′) . (2.12)k≠k′Das folgen<strong>de</strong> Ereignis bzw. <strong>de</strong>r Zustand, <strong>de</strong>r zum Zeitpunkt t infolge <strong>de</strong>s Zustandsübergangesk´→ k eingenommen wird, lässt sich anhand <strong>de</strong>s CK ermitteln. Der CKC(t,k′→ k) entspricht <strong>de</strong>r Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Zustandsübergang in<strong>de</strong>n Zustand k erfolgt unter <strong>de</strong>r Bedingung, dass dieses Ereignis aus einem Zustandsübergangaus <strong>de</strong>m Zustand k´ zum Zeitpunkt t resultiert:λk′k(t)C(t, k′ → k) = γk′k(t) = . (2.13)λ (t)k′Die Ereignisdichte(t) ψ kergibt sich somit zuψk(t) = P (0) ⋅δ(t)+k= P (0) ⋅δ(t)+kt∑ ∫k′≠k0t∑ ∫k′≠k0ψψk′k′(t′)⋅K(k′, t′→ k, t) dt′(t′)⋅qk′k(t | t′) dt′.(2.14)Die Größeentspricht <strong>de</strong>r partiellen bedingten Wahrscheinlichkeitsdichteq k ′ k(t | t′)(t | t′ k k) = fk′(t | t′) ⋅ γk′k(t) = λk′k(t) ⋅ Rk′(t | t′q ′ ).(2.15)Wird das System auf Basis von Transportgleichungen mo<strong>de</strong>lliert, so können unterVerwendung <strong>de</strong>r MCS die Integrale <strong>de</strong>r FormtPk (t) = ∫ ψ (t′k) ⋅ Rk(t | t′) dt′,(2.16)0
2.1 Systemtransporttheorie 9t∑∫F (t) = ψ ′ ′k(t ) dtund (2.17)k∈F´0t∑ ∫G (t) = ψ ′ ′k(t ) dt(2.18)k∈G´0mit <strong>de</strong>n in Kapitel 2.3 und Kapitel 2.4 beschriebenen Verfahren geschätzt wer<strong>de</strong>n.Dabei entsprichtF´: <strong>de</strong>r Gruppe <strong>de</strong>r ausgefallenen absorbieren<strong>de</strong>n Zustän<strong>de</strong> undG´: <strong>de</strong>r Gruppe <strong>de</strong>r gefährlichen absorbieren<strong>de</strong>n Zustän<strong>de</strong>.2.1.2 Systemtransporttheorie mit Berücksichtigung <strong>de</strong>s AltersSpielt zusätzlich das Alter (gegeben über <strong>de</strong>n Geburtspunkt t G) einer Komponente,<strong>de</strong>s Systems o<strong>de</strong>r <strong>de</strong>s Prozesses eine Rolle, so muss das Alter t − tGzum Zeitpunkt tim Rahmen <strong>de</strong>r Systemtransporttheorie berücksichtigt wer<strong>de</strong>n [Dub00]. Die Ereignisdichteψ k( t, tG) entspricht <strong>de</strong>r Wahrscheinlichkeitsdichte, dass <strong>de</strong>r Zustand k zumZeitpunkt t mit <strong>de</strong>m Alter t − t Geingenommen wird.Der FFK T(k′ , t′G, t′→ t)entspricht dann <strong>de</strong>r Wahrscheinlichkeitsdichte, dass <strong>de</strong>rnächste Zustand zum Zeitpunkt t eingenommen wird unter <strong>de</strong>r Bedingung, dass <strong>de</strong>rgegenwärtige Zustand k´ zum Zeitpunkt t´ mit <strong>de</strong>m Alter t ′ − t′Geingenommen wur<strong>de</strong>:T(k′ , t′, t′G→ t) = fk′ (t | t′, t′G) = λk′(t − t′G) ⋅ Rk′(t | t′G, t′) . (2.19)Das folgen<strong>de</strong> Ereignis bzw. <strong>de</strong>r Zustand, <strong>de</strong>r zum Zeitpunkt t mit <strong>de</strong>m Alter t − t′Ginfolge <strong>de</strong>s Zustandsüberganges k´→ k eingenommen wird, lässt sich anhand <strong>de</strong>s CKermitteln. Der CK C(t− t′, k′G→ k) entspricht <strong>de</strong>r Wahrscheinlichkeit dafür, dass einZustandsübergang in <strong>de</strong>n Zustand k erfolgt unter <strong>de</strong>r Bedingung, dass dieses Ereignisaus einem Zustandsübergang aus <strong>de</strong>m Zustand k´ zum Zeitpunkt t mit <strong>de</strong>m Altert − t′Gresultiert:C(t− t′, k′G→ k) = γk′ k(t − t′G) . (2.20)Nun muss zusätzlich berücksichtigt wer<strong>de</strong>n, dass auch <strong>de</strong>r Geburtspunkt t Geine Än<strong>de</strong>rungim Laufe <strong>de</strong>s Systemtransportes erfahren kann (Reparatur, Wartung, Schädigungu.a.).Die entsprechen<strong>de</strong> Transfergleichung U(k′ ,k,t′,t,t′G→ tG) <strong>de</strong>s Geburtspunktes (engl.Birth point Transfer Function, BTF) ist <strong>de</strong>finiert als Wahrscheinlichkeitsdichte, dass<strong>de</strong>r Geburtspunkt gleich sein wird unter <strong>de</strong>r Bedingung, dass ein Zustandsübergangt G