Modellbildung und Simulation (M&S): Gegenstand oder Hilfsmittel der Fernausbildung. Axel Lehmann

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1 Modellbildung und Simulation (M&S): Gegenstand oder Hilfsmittel der Fernausbildung Axel Lehmann Institut für Technische Informatik Fakultät für Informatik Universität der Bundeswehr München ITIS e.v. Institut für Technik Intelligenter Systeme an der Universität der Bundeswehr München Gegenstand oder Hilfsmittel der Fernausbildung Workshop C4 September 2004

2 Fernausbildungkonzept für die Bundeswehr Spezielle Ziele lageorientierte Ausbildung kurzfristige Bereitstellung von Informationen und Wissen Ausbildung und Kontext SAP (HERKULES-Projekt) Vorstudien- und Aufbaustudien-Angebote Individual-Ausbildung Randbedingungen Bw-IuK-Infrastruktur Informations-, Wissens- und Lehrangebote

3 Übersicht 1. Welche Modelle und Simulationen? 2. M&S als Gegenstand der Fernausbildung 3. M&S als Hilfsmittel der Fernausbildung 4. Ausblick

4 1. Welche Modelle und Simulationen...? Komplexe Fragestellungen Modell Ein Modell ist ein - symbolischer, - abstrakter, - kostengünstiger, - sicherer Referent für einen spezifischen kognitiven Zweck (Definition nach Rothenberg, 1989, Übersetzt)

5 Modell Simulationen (M&S) SIMULARE, lat.: etwas vortäuschen Maisel, Gnugnoli (aus Simulation of Discrete Stochastic Systems ): SIMULATION is a numerical technique for conducting EXPERIMENTS ON A (DIGITAL) COMPUTER; this technique involves certain types of MATHEMATICAL AND LOGICAL MODELS that describe the behaviour of business, economic,... or chemical systems OVER PERIODS OF TIME mathematische, logische Modelle (M) numerische Modell - Lösung = Simulation (S) mehrstufige (r) M&S - Phasen / - Prozess

6 Modell Simulationen (M&S) (Komplexes) System/ Fragestellung Dynamisches Verhalten Abstrakte Beschreibung(en) Interpretation & Prognose Modell(e) Quantitative / qualitative Ergebnisse Lösung & Experimentelle Anwendungen Analyse / Entscheidungsunterstützung / Ausbildung

7 2. M&S als Gegenstand der Fernausbildung M&S-Anwendungskategorien... aus (internationaler) militärischer Sicht: M&S-Kategorie: Live-Simulation Virtual-Simulation Constructiv Simulation Robotik Bediener: real real simuliert simuliert System: real simuliert simuliert real

8 M&S als Gegenstand der Fernausbildung M&S-Anwendungskategorien... bzgl. M&S-Lösungsstrategie (-methodik): M&S-Kategorie: Analyse Synthese Vorhersage des Systemverhaltens Modell-Anwendung: u.a.selektion, Klassifikation, Diagnose u.a. Entwurf, Planung, Optimierung u.a. Ausbildung, Training, Prediktion

9 M&S - Entwicklungs- und Einsatzprozess... Vorgehensweise und Anforderungen: Rollen : Formalisierung Implementierung Experiment Modellierungs -theorie HW-/SW- Entwurf Experimententwurf Fachexperte Fach- und Hintergrundwissen Anwenderwissen Systemanalyse Problemdefinition Modellentwickler Aufgabensteller HW-/SW- Spezialist Anwender

10 M&S - Entwicklung- und Einsatzprozess (Fortsetzung) Phasen und Produkte im Modellbildungsprozess: Phasen Zwischenprodukte Unscharfe Aufgabenstellung Problemdefinition Strukturierte Problembeschreibung Project Objectives Objectives Wissen über das reale System Systemanalyse Kommunikatives konzeptuelles Modell Model l Documentation Modellierungsmethoden Formalisierung Formales Modell Lösungstechniken Implementierung Ausführbares Modell Experimentdaten Experiment Simulationsergebnisse

11 Wirtschaftlichkeit und Ausbildung Strategische & wirtschaftliche Bedeutung: kürzer werdende Produkt-(System-) Innovationszyklen lange System-Lebenszeiten (z.b.: Flugzeuge, Schiffe, etc.: ca Jahre!) Beherrschbarkeit zunehmend komplexerer (verteilter, heterogener) Systeme steigende Produktivitäts-Anforderungen (z.b.: US-DoD:... By the year systems development in 25 % less time..., Dr. Gansler, 1998) Einsparungen (u.a. Kosten, Material, natürliche Resourcen)

12 Wirtschaftlichkeit und Ausbildung (Fortsetzung) Maßnahmen zur Förderung von M&S-FuE, u.a.: US-DARPA:... M&S is one of the top-10-key enabling technologies... (1995) US-government-initiative IT 2 (Information & Telecommunications Technologies; 2001) PITAC Empfehlung (President s Information Technology Advisory Committee): global-scale networks as information infrastructure analyzing performance as well as M&S of network behaviour EU-6 th Framework Program (ESPRIT,...; 2003)

13 Fernausbildungkonzept für die Bundeswehr Ausbildungsanforderungen: Aufgabensteller / Anwender / Nutzer von Modellen: Grundprinzipien der Modellentwicklung Anforderungen in verschiedenen Einsatzbereichen damit verbundene Restriktionen!!) Grundlagen der Satistik / Wahrscheinlichkeitstheorie Modellentwickler: Erfahrungen mit M&S Methodik M&S Paradigmen M&S Techniken M&S Verifikation & Validierung

14 3. M&S als Hilfsmittel der Fernausbildung IuK-Infrastruktur zum Lernen und Lehren: Netz - Anschluss CD (z.b. Lernprogramm) Lehrende Lerner Lerner Lokales Rechnernetz u.a.: INTERNET Lerner WORLD WIDE WEB S E R V E R Lehrender S E R V E R Simulationsprogramme Lehrender

15 Neue Lehr- / Lernformen und -Medien Lehr- / Lernkategorien Computer-Based Training (CBT) Starre Lehrprogramme Buchartiges, sequentielles Lernen Intelligente Tutoring Systeme (ITS) Flexibler, lernerfolgabhängige Stoffvermittlung Lernerpräferenzen berücksichtigt Implementierung pädagogischer Lehrstrategien

16 Neue Lehr- / Lernformen und Medien (Fortsetzung) Telelearning / Teleteaching Abruf / Distribution von Lehrmaterialien über Netze online- / offline-nutzungen synchroner / asynchroner Lehrbetrieb Interaktives Teletutoring permanente Betreuung Telekooperation Verteiltes Zusammenarbeiten CSCW

17 Prinzipielle Nutzung von M&S Fragestellung abstrakt repräsentiert durch: Visualisierung Eingabedaten Modell(e) Simulation interaktive Steuerung Lerner (Anwender)

18 4. Ausblick M&S wir immer mehr zu einer d e r Schlüsseltechnologien für: Entscheidungsunterstützung Planung (neuer Systeme / Prozesse) Analyse (bestehender Systeme / Pozesse) Ausbildung & Training Schlussfolgerung: M&S muss Gegenstand und Hilfsmittel der Fernausbildung werden!!