WAS IST SIMULATION?

Simulation ist die Nachbildung von physikalischen, technischen, biologischen, psychologischen oder ökonomischen Prozessen oder Systemen durch mathematische oder physikalische Modelle.

Diese Definition impliziert auch die Umkehrung: Simulation ist nicht nur die Nachbildung komplexer Systeme, sondern auch deren 'Vorausbildung'. Dadurch wird sofort die Bedeutung von Simulation klar: mit ihrer Hilfe lassen sich komplexe Systeme verstehen und auch vorhersagen, wie sich solche Systeme bei Veränderung der Parameter (Randbedingen etc.) verhalten, ohne dass sie zuerst real werden müssen.

Im engeren Sinn (kontinuierliche Simulationen) verstehen wir Simulation als die numerische Lösung der 'exakten' physikalischen Gleichungen (z. B. der Navier-Stokes-Gleichungen in der Fluiddynamik oder der Maxwell-Gleichungen in der Elektrodynamik).
Das Gemeinsame solcher Simulationstechniken ist dabei immer die Reduktion der unendlich vielen Freiheitsgrade eines Kontinuums (partielle DGL) auf endlich viele Punkte im Raum (diskrete Gleichungen). Mittels geeigneter mathematischer Verfahren führt dies auf Matrixgleichungen, die mit modernen Computern heutzutage mit einigermaßen vernünftigem Aufwand gelöst werden können.
Im Prinzip beruht die Reduktion auf endlich viele Punkte immer darauf, dass die (physikalische) Information aus der Umgebung eines Punktes auf diesen Punkt konzentriert wird. Als geeignete Verfahren haben sich dabei die Finite-Element-Methode (FEM) und die Finite-Volumen-Methode (FVM) etabliert.