Was versteht man unter System Dynamics?

System Dynamics ist eine Methode, die Unternehmen und deren Führungsebene dabei unterstützt, mit Systemdenken in qualitativer Hinsicht und mit Systemsimulation in quantitativem Bezug alle Unternehmensansätze ganzheitlich zu betrachten. Aus eben der Betrachtung (ganzheitlicher Denkansatz) können Unternehmensentscheidungen genauer abgeleitet, analysiert und letztendlich getroffen werden. Der Mensch kann mit Hilfe des systemischen Denkansatzes Wechselwirkungen erkennen und daraus dann lineare Ursache-Wirkungsketten identifizieren. In diesem Ansatz werden selbst kleinste Systembestandteile visualisiert, was oftmals hilft, das kontraintuitive Verhalten von komplexen (meist auch noch dynamischen) Systemen zu verstehen. Um fundiertes Systemverständnis zu ermöglichen, müssen Strukturen von Systemen abgebildet werden. Sofern die Analyse ausschließlich qualitativ geführt wird, reicht dies oft nicht aus und gestaltet sich noch dazu schwierig, da die dynamischen Komponenten von unterschiedlichen Systemelementen und deren spezifischen Verhaltensweisen nicht in deren Gänze verstanden werden können. Erst wenn die Komponente Quantität in dieses System integriert wird, kann die Komplexität abgebildet werden und es können Ursachen aus unterschiedlichsten Verhaltensmustern erkennbar gemacht werden. Das menschliche Denken ist linear. Das systemische Denken in den Systems Dynamics wird als nichtlineares und komplexes soziales System mit Rückkopplungsstrukturen bezeichnet. Mathematische Gleichungen bilden die Basis für ein quantitatives Modell von Wechselbeziehungen und der Darstellung in kausalen Diagrammen.

Rückkopplung ist ein Verfahren der Selbststeuerung im Aufbau von Regelkreisen. Das System und dessen Zustand werden per Istgröße und Abweichungen (Sollgröße) sofort gegengesteuert.  Rückkopplung, die ein selbsttätiges Einpendeln eines Systems innerhalb von Grenzwerten sichern, werden als negative Rückkopplung bezeichnet; ein Überwiegen positiver Rückkopplung führt zum Explodieren oder zum Einfrieren des Systems.

Erläuterung nach Gabler Wirtschaftslexikon

Was sind die Grundlagen bei System-Dynamics-basierter Simulationen?

Als Grundlage für die System-Dynamics-basierten Simulationen gilt der Systembegriff als Bestandteil der allgemeinen Systemtheorie. Hier wird die Systemtheorie als Wissenschaft von der Struktur, den Netzstrukturen und dem Verhalten von Systemen bezeichnet. Im Zusammenhang mit Systemtheorien wird oftmals der Begriff Kybernetik genannt. Die Kybernetik wurde für geschlossene operative Systeme entwickelt und wird als rein formale Theorie bezeichnet. Kybernetik gilt als Regelungs- und Kommunikationstheorie und wird für die Regelung und Steuerung von Erkenntnis-Prozessen verwendet. Kybernetik in ihrer Grundform „trainiert die Verbesserung der Wahrnehmung“. 

Sowohl die Systemtheorie als auch die Kybernetik sind als interdisziplinäre, theoretische Ansätze zu betrachten, die in unterschiedlichsten Wissenschaften Möglichkeiten bieten, verschiedenste reale Zusammenhänge zu beschreiben. Einsatzgebiete rund um die Wissenschaften der Soziologie, Technik, Pädagogik und der Biologie sind unter anderem möglich^.  

Aus dem Begriff Systemgeht hervor, das Elemente existieren müssen, die in einer bestimmten Reihenfolge und Rangordnung (Ordnung) zueinander stehen.

Verschiedene Wissenschaftler gehen mit unterschiedlichen Erklärungen an die Basis für die Grundlagen der System-basierten Simulationen heran. Hier die ursprünglichen Ansätze:

Hans Ulrich versteht unter „System“ eine geordnete Menge von Elementen, zwischen denen entweder Beziehungen bestehen oder zwischen denen Beziehungen hergestellt werden können. Forrester, der als Entwickler der Systems Dynamics gilt, unterstreicht, dass die Zahl der Elemente jeden Systems, die miteinander in Beziehung stehen, immer zweckgebunden agieren. Günter Ossimitz spricht von Homöostase, das bedeutet, dass biologische Systeme auf Selbsterhalten und damit immer dem Zweck dienend ausgerichtet sind. 

Zu den Grundlagen der System-Dynamics-basierenden Simulationen gehört die folgende Begriffsklärung der Simulation. Simulation ist in den letzten Jahren ein unerlässliches Werkzeug in vielen Unternehmensbereichen sowohl in der Wissenschaft als auch in der Technik geworden. Mit Computersimulation können wirtschaftliche Prozesse, technische Gegebenheiten und natürliche Vorgänge in einem „virtuellen Umfeld“ nachempfunden und untersucht werden. 

Hier wird die Simulation aus Sicht der Ökonomie und der Informationstechnologie kurz erläutert. In den letzten zehn Jahren hat der Bereich Simulationstechnologie sowohl in der Tiefe als auch in der Breite nennenswerte, erfolgreiche Stufen beschritten. Auf die Aufgaben, die verschiedenen Simulationstypen und die Ziele wird in den nächsten Abschnitten eingegangen. Abschließend werden die Grenzen von Simulationen thematisiert und die Rolle der Simulationen wird im ökonomischen Umfeld beschrieben. 

…eine Vorgehensweise zur Analyse dynamischer Systeme.“ Wittmann beschreibt: „…bei der Simulation werden Experimente an einem Modell der Realität durchgeführt um Erkenntnisse zu gewinnen, die eine zielgerichtete Beeinflussung des realen Systems ermöglichen.

Nach J.A. Müller ist Simulation

Somit ist klar, dass Modell und Simulation nicht synonymisiert verwendet werden können. Ein Modell ist die Abbildung eines Systems, während es sich bei der Simulation um die Benutzung dieses Modells handelt. Als Definition für Simulation kann gelten, dass die Simulation eine Methode für die Anwendung innerhalb von variablen Problemstellungen ist; durch Veränderung der Variablen oder durch Manipulation innerhalb des dynamischen Modells und der Ergebnisse oder der Reaktionen können wiederum neue Erkenntnisse gewonnen werden. 

Unterschieden wird grundsätzlich zwischen reinen Simulationen (Computersimulationen), die in einer Reihe von Versuchen Entscheidungen mit Hilfe von sogenannten Entscheidungsregeln durchläuft und durch den Einsatz von Computern dargestellt wird und von Simulationen, in denen neben einer Computerunterstützung noch menschliche Aktionen zwischengeschaltet sind. Beide Formen werden auch als Modellexperimente bezeichnet und unter diesem Begriff zusammengefasst. 

Es gibt verschiedene Gründe für den Einsatz von Modellexperimenten und damit den Einsatz von Simulationsmodellen. Beispielsweise das Gefahrenpotenzial: In zerstörenden oder gefährlichen Systemen, bei denen in einer realen Situation Experimente durchgeführt werden müssten, können Menschen oder Materialien zu Schaden kommen. 

Als zweites Beispiel für den Einsatz von Simulationen nennen wir die Kosten: Reale Experimente sind teuer und sofern sie als nutzlos eingestuft werden, sind die Ressourcen verbraucht; auch hier wieder Mensch, Material und Kapital. Des Weiteren wird in der Simulation der Tagesablauf im Betriebssystem nicht beeinträchtigt, insofern steht Simulation auch für Störungsfreiheit. Als letztes Beispiel nennen wir die Beobachtung. In Simulationen sind alle Einflussfaktoren wie Zeit oder Größe anpassbar und somit besser vergleichbar.

Bis in die 60er Jahre waren Simulationen und Simulationsexperimente hauptsächlich dem Verteidigungssektor zugesprochen. In den 70er Jahren fanden sie langsam aber stetig ihren Weg in die Produktionsprozesse. Kennzeichnend für die 80er Jahre war der Quantensprung im Simulationsumfeld in die sogenannten Grand Challanges. Es handelte sich um Herausforderungen aus dem technischen und wissenschaftlichen Umfeld, teilweise auch um technischen Fortschritt der nur mit sogenannten Großrechnern zu bewältigen war. 

Heute sind Simulationen in der Wissenschaft und Forschung nicht mehr wegzudenken aus der Klimaforschung, der Medizin und der Ingenieurstechnik, um nur einige Beispiele zu nennen. Bis heute ist die Richtigkeit von Simulationsergebnissen (Validität ) der Teil, der die Forschung beschäftigt.

Die Simulation ist als ein interdisziplinäres Fach zu verstehen und es befindet sich zwischen Informatik, angewandter Mathematik und den Anwendungsgebieten zum Beispiel der Ökonomie. Forschung und Forschungsbereiche bezüglich Simulation finden sich daher fakultätenübergreifend in der Mathematik, der Informatik, den Wirtschaftswissenschaften oder auch den Technischen Instituten. Es gibt hierzu auch eigens geschaffene Forschungskreise.

Die Simulation und die Motivation für eine Simulation starten immer aus der Richtung der Anwendungsgebiete. Die Anwendungswissenschaft ist dann beauftragt die Vorgänge, die in der Simulation untersucht werden sollen, in abstrakter modellhafter Form zu beschreiben und herauszuarbeiten, welche Vorgänge im Detail mit Hilfe der Simulation abzudecken sind.

Als abstrakte Modelle bezeichnet man sowohl die Aufgaben aus der Werkstofftechnik, die Aufgaben aus dem Maschinenbau oder den Naturwissenschaften, die zu Differentialgleichen führen, als auch die Aufgaben aus der Informatik, der Logistik oder der Produktion, die durch stochastische und diskrete Rechenmodelle erarbeitet werden.

Kurz: Aufgaben, die mit mathematischen Methoden untersucht werden können. In der Simulation sind wir auf die Technik der angewandten Mathematik angewiesen.

Daraus ergibt sich für den Bereich Information die Aufgabenstellung aus den Rechenmodellen, das Simulationsverfahren zu entwickeln und somit abschließend ein Werkzeug (eine Software) zu generieren und bereitzustellen. Nur mit dem Werkzeug gelingt es, die Eingaben, den Weg und die Ergebnisse der Simulationen zu visualisieren. Dadurch, dass die Simulation als interdisziplinäre Tätigkeit gilt, muss bei den Verantwortlichen in der Praxis sowohl die Fähigkeit als auch die Bereitschaft gegeben sein, gute Kommunikatoren, Moderatoren und Übersetzer zu sein. Die Aufnahme der Anforderungsprofile aus verschiedenen Fachbereichen mit unterschiedlichsten Fachsprachen, gilt es zu beherrschen, um deren Herausforderungen verstehen zu können. 

Hier wird klar, dass die Simulation als Dienstleistung eingestuft wird, die nicht zum Selbstzweck, sondern aus dem Antrieb heraus betrieben wird, anderen Fachbereichen Unterstützung zu bieten, um deren Aufgaben zu bewältigen. 

Der Vollständigkeit halber unterscheiden wir in drei Simulationstypen. Woerdelmann zitiert: “Der Formalisierungsgrad des Simulationsmodells lässt sich daraus ableiten, inwieweit in die Simulation direkt menschliches Verhalten einbezogen wird. Demnach ist zwischen folgenden Simulationen zu unterscheiden,

a) Mensch-Mensch-Simulation oder „Das Rollenspiel“,
b) Mensch-Maschine-Simulation oder das Planspiel,
c) Computersimulation.