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BBaanndd 33
Witte
Simulationstheorie und ihre Anwendung auf betriebliche Systeme
Dr. Thomas Witte
Simulationstheorie
und ihre Anwendung auf
betriebliche Systeme
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
D6
ISBN 978-3-663-05192-3 ISBN 978-3-663-05191-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05191-6
COPYTight by Springer Fachmedien Wiesbaden 1973
Ursprünglich erschienen bei Betriebswirtschatlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden 1973
Softcover reprint ofthe hardcover 1st edition 1973
Geleitwort des Herausgebers
Die Simulation zählt heute zu den wichtigsten Hilfsmitteln der Unterneh
mensforschung für die Lösung von Managementproblemen. Sie ermöglicht
es, zeitabhängige betriebliche Prozesse modellmäßig nachzuahmen, um das
Verhalten komplexer betrieblicher Systeme bei bestimmten Handlungsalter
nativen aufzeigen zu können. In der Literatur ist eine Fülle von Anwen
dungsbeispielen zu finden, in denen betriebswirtschaftliche Entscheidungs
probleme erfolgreich mit Hilfe dieser Vorgehensweise gelöst wurden. Um so
mehr erstaunt es, daß bislang keine geschlossene Theorie existiert, die als
allgemeine Grundlage für die Simulation betrieblicher Systeme dienen
könnte.
Der vorliegende Band 3 der "Beiträge zur industriellen Unternehmensfor
schung" leistet einen ausgewogenen eigenständigen Beitrag, um diese offen
sichtliche Lücke zu schließen. In ihm wird - ausgehend von der System
theorie - ein allgemeiner methodologiseher Rahmen für die Simulation ent
wickelt und diskutiert, wie diese Vorgehensweise zur Lösung betrieblicher
Entscheidungsprobleme eingesetzt werden kann. Die eingehende Diskussion
der grundsätzlichen Struktur von Simulationsmodellen läßt generelle Aus
sagen über deren Modellcharakter zu und ermöglicht allgemeingültige über
legungen zur Auswertung von Simulationsergebnissen. Ausgehend von einer
allgemeinen Darstellung der bei der Simulation verwendeten formalen
Systeme, werden Wege zur Gestaltung betrieblicher Systeme auf der Basis
von Simulationsmodellen beschrieben. Die in diesem Zusammenhang ge
äußerten Gedanken dürften für die Weiterentwicklung der Simulations
theorie grundlegend sein.
Für den an Anwendungen interessierten Praktiker gibt die vorgestellte
Theorie wichtige Orientierungshilfen für die Erstellung und Auswertung von
Simulationsmodellen. Ihm wird die Lektüre des Buches durch eine Reihe
detailliert beschriebener und ausführlich erläuterter betriebswirtschaftlicher
Anwendungsbeispiele erleichtert.
Dietrich Adam
Vorwort des Verfassers
Das Anliegen dieser Arbeit ist es, ein allgemeines Konzept der Erstellung
und Auswertung formaler zeitabhängiger Modelle zur Simulation betrieb
licher Systeme zu entwickeln und Wege zur Gestaltung betrieblicher
Systeme auf der Basis von Simulationsmodellen aufzuweisen. Basierend auf
einer präzisen allgemeinen Definition des Systembegriffs, wird Simulation
als die Erstellung einer möglichen Zustandsgeschichte realer Systeme mit
Hilfe formaler Systeme charakterisiert. Die strikte Verwendung des system
theoretischen Instrumentariums bei der Klärung aller mit der Simulation
in Verbindung stehender Sachverhalte ermöglicht es, in einer Theorie der
Simulation betrieblicher Systeme drei Problemkreise getrennt abzuhandeln.
Der erste Problemkreis befaßt sich mit der Erstellung einer Klasse von for
malen Systemen, die zur Bildung von Simulationsmodellen geeignet sind. Es
wird nachgewiesen, daß zeit- und ereignisorientierte Modelle eine gleich
artige Struktur aufweisen und als nichtantizipatorische Zeitsysteme auf
gefaßt werden können. Diese Systemklasse deckt den Anwendungsbereich
der Simulation ab. Anschließend werden der Modellbildungsprozeß und die
Glaubwürdigkeit von Simulationsmodellen diskutiert.
Im zweiten Problemkreis wird die Frage erörtert, wie Simulationsmodelle
zur Analyse betrieblicher Systeme genutzt werden können. Neben der Ver
wendung deterministiscll.er erklärender Zustandsgeschichten wird insbeson
dere die Vorgehensweise analysiert, wenn der Untersuchende nur unvoll
kommene Information über die erklärenden Zustandsgeschichten besitzt. Bei
der Auswertung von Simulationsergebnissen besteht das Problem darin,
Maßgrößen für Systeme zu finden, deren Zustandsgeschichten nur als
stochastische Prozesse zu charakterisieren sind.
Der dritte Problemkreis beschäftigt sich mit der zielsetzungsgerechten
Gestaltung betrieblicher Systeme. Die Gestaltungsaufgabe wird als Such
aufgabe formuliert, die darin besteht, aus einer Familie von Systemen ein
zielsetzungsgerechtes System herauszufinden. Dabei werden sowohl extremale
als auch befriedigende Zielsetzungen berücksichtigt. Zur Lösung der Suchauf
gabe werden simultane und sequentielle Suchverfahren erläutert, die dem
experimentellen Charakter der Simulation entsprechen.
Die vorliegende Arbeit wurde von Herrn Prof. Dr. D. Adam durch seinen
kritischen Rat in ständiger Diskussionsbereitschaft maßgeblich gefördert. Er
führte mich auch in den Bereich der Wirtschaftswissenschaften ein. Ich bin
ihm daher sehr zu Dank verpflichtet.
Thomas Witte
- I -
Inhaltsverzeichnis
Seite
O. Die Intention der Arbeit
1. Die Aufgaben der Simulation 2
1.1 Der systemtheoretische Ansatz 2
1.1.1 Der allgemeine Systembegriff 2
1.1.2 Allgemeine reale Systeme 7
1.1.3 Betriebliche Systeme 11
1.1.4 Formale Systeme als Modelle rea-
ler Systeme 13
1.2 Definition und Abgrenzung des Begriffs
Simulation 17
1.2.1 Simulation als Erstellung einer
Zustandsgeschichte eines realen
Systems mit Hilfe eines formalen
Systems 18
1.2.2 Monte-Carlo-Methoden 25
1.2.3 Planspiele 27
1.3 Simulation als Entscheidungshilfe in
betrieblichen Systemen 29
1.3.1 Simulation zur Analyse betrieb-
licher Systeme 29
1.3.2 Simulation und Systemgestaltung 32
1.3.3 Betriebswirtschaftliehe Anwen-
dungsbeispiele 38
2. Notwendigkeit und Inhalt einer Theorie
der Simulation 40
2.1 Die Nachteile der Kasuistik 41
2.2 Der formale Rahmen der Simulation 42
3. Die Bildung von Simulationsmodellen 45
3.1 Simulationsmodelle als formale Systeme 45
3.1.1 Die Konstruktion eines Modells
bei zeitorientierter Vorgehens-
weise 49
3.1.2 Die Konstruktion eines Modells
bei ereignisorientierter Vorge-
hensweise 59
3.1.3 Die Struktur der zur Simulation
verwendeten formalen Systeme 74
- II -
Seite
3.2 Zeitsysteme und ihre Eignung zur Simu-
lation 78
3.2.1 Nichtantizipatorische Zeitsysteme 80
3.2.2 Kausale Zeitsysteme und ihre Eig-
nung zur Simulation 87
3.2.3 Die Äquivalenz von Nichtantizipa-
tion und Kausalität 91
3.3 Zeitsysteme als Modelle realer Systeme 98
3.3.1 Der Unterschied zwischen zeit
orientierten und ereignisorien-
tierten Modellen 99
3.3.2 Der Modellbildungsprozeß 102
3.3.3 Das Problem der Glaubwürdigkeit
von Simulationsmodellen 112
4. Die Analyse betrieblicher Systeme mit Hilfe
der Simulation 118
4.1 Die Verwendung von speziellen Eingabe-
folgen zur Analyse eines Systems 120
4.1.1 Die Vorgabe einer Testfolge mit
einem Sprung 121
4.1.2 Die Vorgabe einer periodischen
Testfolge 127
4.2 Die Prognose des Verhaltens eines
Systems mit Hilfe der Simulation 130
4.2.1 Wahrscheinlichkeitsmaße und die
Eintreffenswahrscheinlichkeit
bestimmter Systemzustände 134
4.2.2 Die Erzeugung von Realisierungen
von Zufallsgrößen 143
4.3 Die Erstellung von Zustandsgeschichten
eines Systems bei unvollkommener Infor-
mation 153
4.3.1 Die Vorgehensweise bei zeitorien-
tierten Modellen 153
4.3.2 Die Vorgehensweise bei ereignis-
orientierten Modellen 155
4.4 Die Auswertung von Simulationsergebnis
sen 167
- III -
Seite
4.4.1 Die Probleme der Messung 167
4.4.2 Maßgrößen für Systeme im stati-
stischen Gleichgewicht 177
4.4.3 Maßgrößen für Systeme, die sich
nicht im statistischen Gleichge-
wicht befinden 188
5. Die Gestaltung betrieblicher Systeme auf
der Basis von Simulationsmodellen 195
5.1 Die Aufgabensteilung bei extremalen
und befriedigenden Zielsetzungen 195
5.2 Möglichkeiten zur Lösung der Suchauf-
gabe bei einer extremalen Zielsetzung 207
5.2.1 Lösungssuche mit Hilfe simulta-
ner Suchpläne 209
5.2.2 Lösungssuche mit Hilfe sequentiel-
ler Suchpläne 220
5.2.2.1 Suchmethoden für eindi
mensionale unimodale
Probleme 224
5.2.2.2 Suchmethoden für mehrdi
mensionale unimodale
Probleme 232
5.3 Möglichkeiten zur Lösung der Suchauf
gabe bei einer befriedigenden Zielset-
zung 240
6. Erweiterungsmöglichkeiten des dargestell-
ten Konzeptes 245
Symbolverzeichnis 247
Verzeichnis der Abbildungen 249
Literaturverzeichnis 252
- 1 -
o. Die Intention der Arbeit
Die Komplexität betrieblicher Zusammenhänge be
dingt den Einsatz effizienter Entscheidungshil
fen bei der Lösung von Managementproblemen. Er
fahrung und Intuition müssen durch formale Metho
den unterstützt werden. Sie können umso wirkungs
voller eingesetzt werden, je präziser die Voraus
setzungen und Problemstrukturen bekannt sind, die
ihnen zugrundeliegen.
Obwohl die Simulationstechnik heute zum Standard
instrumentarium der Unternehmensforschung zählt,
fehlt ein allgemeiner methodologischer Rahmen für
die bei ihr benutzte Vorgehensweise. Das Anliegen
dieser Arbeit ist es, ein allgemeines Konzept der
Erstellung und Auswertung formaler zeitabhängiger
Modelle zur Simulation betrieblicher Systeme zu
entwickeln und darzustellen, welche Vorgehenswei
sen zur Optimierung derartig analysierter Systeme
dienen können. Dem breiten Anwendungsbereich der
zu untersuchenden Methode entsprechend muß zu
nächst ein Begriffsinstrumentarium geschaffen
werden, das es ermöglicht, die vielfältigen Pro
blemstrukturen in einer einheitlichen Sprache zu
beschreiben.
