Nach der VDI-Richtlinie 3633 (VDI 2014) definiert sich eine Simulation als die Nachbil-dung eines dynamischen Systems in einem Model, mit dem unter Zuhilfenahme von Ex-perimenten Erkenntnisse erlangt werden, die sich auf die Realität anwenden lassen. Zu einer Simulation gehört daher die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von Ex-perimenten im Simulationsmodell. Für die Simulation führt Law (2015) verschiedene Einsatzgründe an. Einer ist der, dass mit der Simulation verschiedene Aspekte eines rea-len Systems untersucht werden können, ohne es dabei verändern zu müssen. In der Regel ist es zu bevorzugen, die Untersuchung am realen System durchzuführen. Die Ergebnisse müssen beispielsweise nicht auf ihre Validität geprüft werden. Die Veränderung realer Systeme kann aber zum einen aufwendig sein und den normalen Betriebsablauf signifi-kant stören. Zum anderen kann aber auch der Fall eintreten, dass noch nicht existente Systeme untersucht werden sollen.
Die meisten Simulationen im Bereich Produktion und Logistik werden laut Gutenschwa-ger et al. (2017) während der Planungsphase eines Projektes ausgeführt. Dabei wird das sich in der Planung befindliche System vor allem im Hinblick auf zuvor ausgewählte Kennzahlen untersucht. Weitere Einsatzgebiete sind demnach beispielsweise die Über-prüfung der Projektziele, die Bestätigung vorangegangener Planungen oder die Untersu-chung hinsichtlich möglicher Prozessverbesserungen.
Wunderlich (2019) sieht weitere Einsatzmöglichkeiten der Simulation im Besonderen im Bereich der Kapazitätsplanung eines Systems und in der Ermittlung von Engpässen.
Dar-über hinaus erweitert er das Einsatzgebiet um den Bereich der Kostensimulation. Bei ei-ner Kostensimulationen wird das System nicht nur auf technische Produktionsgrößen, wie zum Beispiel die Durchlaufzeit, untersucht, sondern auch auf die betriebswirtschaftlichen Auswirkungen von Systemveränderungen. In der Auswertung der Simulationen werden daher insbesondere monetäre Größen, beispielsweise die Stückkosten, berücksichtigt. Die Methode der Simulation eignet sich besonders zur Analyse von Supply Chains (Law 2015).
Zu den Vorteilen der Simulation gehört die Möglichkeit, Experimente durchzuführen, die das reale System gefährden würden, in der Realität aufwendig und teuer wären oder am realen System nicht möglich sind (Wenzel 2018). Neue Unternehmensstrategien und An-lagen sowie Systemerweiterungen können nach Banks (2014) erforscht werden, ohne in den laufenden Betrieb bestehender Systeme störend einzugreifen. Ein neues Layout einer Produktionsanlage oder der Einsatz zusätzlicher Maschinen und Transportsysteme lassen sich mit relativ geringen Simulations- und ohne Anschaffungskosten für die Maschinen bewerten. Des Weiteren können auch unwahrscheinliche Hypothesen geprüft und das Zeitverhalten je nach Bedarf entweder beschleunigt oder verlangsamt werden.
Zusätzlich beschreibt Banks (2014) als Vorteile einer Simulation, dass die Abhängigkeit der Variablen des untersuchten Systems untereinander, sowie der Zusammenhang zwi-schen den Variablen und der Systemperformance dargestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ist die Analysemöglichkeit von Was-wäre-wenn-Szenarien, mit denen beispiels-weise sich verändernde Systemlasten systematisch untersuchen werden können (Wenzel 2018).
Die Simulation bietet jedoch nicht nur Vorteile. Banks (2014) fasst die Nachteile wie folgt zusammen. Die Modellerstellung sollte nur von entsprechend ausgebildetem Perso-nal mit großer Erfahrung durchgeführt werden. Trotzdem werden sich die Simulations-modelle, die von zwei unterschiedlichen Personen für das gleiche reale System erstellt werden, in aller Regel deutlich voneinander unterscheiden. Hinzu kommt, dass die Inter-pretation der Ergebnisse schwierig ist und leicht zu falschen Schlussfolgerungen führt.
Es muss beachtet werden, dass die Simulation zeitaufwendig und teuer ist, sodass sie nur in simulationswürdigen Situationen eingesetzt werden sollte.
Nach dem VDI (2014) definiert sich die Simulationswürdigkeit nach verschiedenen Kri-terien. Eine Simulationsstudie muss ein gutes Nutzen-Kosten-Verhältnis aufweisen und
Simulation und Tabellenkalkulation 5
die zu simulierende Aufgabe muss eine angemessene Komplexität umfassen. Des Weite-ren sind Systeme simulationswürdig, die eine nicht abgesicherte Datengrundlage oder stark streuende Verteilungen und unklare Einflüsse auf die Ausgabegrößen besitzen. Sys-teme sollten simuliert werden, wenn analytische Modelle nicht möglich oder zu aufwän-dig sind oder wenn eine erhöhte Absicherung der Ergebnisse inklusive Beweisführung gewünscht ist. Als weiterer Aspekt für eine Simulationswürdigkeit sei noch die wieder-holte Nutzung des Simulationsmodells genannt. Ein Simulationsmodell kann durchaus schon früh in einem Projekt für ein eigentlich nicht simulationswürdiges System erstellt werden, wenn es in späteren Schritten des Projektes zur Simulation zum Einsatz kommt.
Banks (2014) ergänzt die Kriterien der Simulationswürdigkeit um den Gesichtspunkt, dass das Systemverhalten sowie die Abhängigkeiten von Variablen untersucht werden sollen. Für weiterhin simulationswürdig befindet er Untersuchungen an noch nicht exis-tenten Systemen oder die Verifikation analytischer Lösungen.
Bei einfachen Zusammenhängen ist es möglich, das Problem mathematisch, bzw. analy-tisch zu lösen. Dabei werden exakte Informationen gewonnen, wohingegen sich die Er-gebnisse einer Simulation nur der Realität annähern. (Law 2015) Daher sollte die Simu-lation nicht genutzt werden, wenn analytische Lösungen verfügbar, direkte Experimente günstiger oder die Kosten höher als der zu erwartende Nutzen sind. Eine Simulation be-nötigt eine ausreichende Datengrundlage, genügend Zeit und finanzielle Mittel müssen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus müssen sich die Ergebnisse verifizieren und vali-dieren lassen. (Banks 2014)
Die Simulation sollte auf jeden Fall verwendet werden, wenn unerforschte Gebiete betre-ten werden, die menschliche Vorstellungskraft überschritbetre-ten wird, Experimente am realen Modell zu teuer oder unmöglich sind oder das Zeitverhalten eines Systems untersucht werden soll (Daniluk und Chisu 2010). Der VDI (2014) beschriebt verschiedene Aspekte, um den Nutzen einer Simulationsstudie sowohl qualitativ wie auch quantitativ zu ermit-teln. Qualitative Kriterien sind zum Beispiel ein verbessertes Systemverständnis und eine abgesicherte Planung. Quantitative Aspekte sind vor allem monetäre Einsparungen.