TU Dresden - WS 19/20


S. G.
Diese Lernkarten behandeln die Simulation von Logistik- und Materialfluss-Systemen auf Universität-Niveau. Sie konzentrieren sich auf die Analyse von Verteilungen, Systemen und Daten, sowie die Bestimmung von Wahrscheinlichkeiten und Prozessen. Die Karteikarten sind ideal für Studierende und Fachleute, die Simulationsstudien durchführen, um Systemkenntnisse zu verbessern, Schwachstellen zu analysieren und Optimierungen vorzunehmen. Sie decken auch die Verwendung von Datenbanken, Verteilungen und Zufallsgeneratoren ab, was für die Planung und Steuerung von Logistikprozessen essenziell ist.
Karten
29
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
22.02.2020 / 26.02.2020

Lernkarten

Wie sind die Begriffe Simulation, System und Modell definiert?

Simulation: Nachbildung von dynamischen Prozessen in einem experimentlellen Modell zur Erkenntnisgewinnung

  • Prinzipien: Ereignisdiskret, Kontinuierlich, hybride Simulation

System: Systemzweck, Systemstruktur, Systemelemente mit Verknüpfungen, Teilbar in Teilsysteme

  • Systemgrenzen : Kopplung mit Umwelt, nicht funktionsrelevant
  • Systemzustand: eindeutige Beschreibung des Systems durch Variablen / Parameter, Zustandsänderungen möglich

Modell: vereinfachte Nachbildung eines Prozesses, unterschiedliche Eigenschaften im vgl. zum Original

 

Was sagt der Korrelationskoeffizient über eine Verteilung aus?

- Grad des linearen Zusammenhangs zwischen den Zufallsvariable X und Y

\(r_{XY}={{E((X-EX)(Y-EY))}\over{\sqrt{VX}\sqrt{VY}}}\)

Wie unterscheiden sich Punkt- und Bereichsschätzer?

Punktschätzer:

  • Ermittlung eines Parameters durch Stichprobe (in Form einer Schätzfunktion)
  • Mittelert \(\hat{\mu}\) und Standartabweichung \(\hat{\sigma}^2\)nur für Stichprobe gültig
  • Erwartungstreue, wenn \(\lim\limits_{n \rightarrow \infty}{E\hat{\theta}}=\theta\) (Schätzfuntion)
  • Verzerrung \(Bias(\hat{\theta})=E(\hat{\theta})-\theta\)

Bereichsschätzer

  • Bereich enthält mit vorgegebener Wahrscheinlichkeit die Parameter der Verteilung
  • Irrtumswahrscheinlichkeit \(\alpha\) (üblich 0,05.. 0,01) --- Wahrscheinlichkeit, dass der Wert zwischen vorgegebenen Grenzen liegt ist (\(1-\alpha\))

Welche stetigen Verteilungen werden unterschieden und wo werden sie eingesetzt?

- Exponentialverteilung

  • Zeiten zwischen unabhängigen Ereignissen
  • Lebensdauer von Komponenten (Glühbirne)

- Normalverteilung

  • bei additiver Überlagerung vieler unabhängiger Zufallsgrößen

- Lognormalverteilung (Logarithmus ist normalverteilt)

  • multiplikative Überlagerung unabhängiger Zufallsgrößen
  • Approximation schiefer Verteilungen
  • Dauer von Verrichtungen, Wartezeiten
  • zB Nebenprozesse, Sortierprozesse

- Gleichverteilung

  • nicht viel über ein Prozess bekannt, min., max. können abgeschätzt werden
  • zB Zufallsgeneratioren
  • Nachteil: überdimensioniert

- Dreiecksverteilung

  • Verteilung nicht bekannt, aber Min, Max, erfolgsversprechende Werte zur Verfügung
  • leich einsetzbar, Verständlich,
  • Vorteil: das Auftreten der Maxima und Minima wird abgemildert

 

 

Wie sind Bedienungssysteme aufgebaut?

Wie ist Notation nutzt die Benienungstheorie?

Was sagen die einzelnen Paramaeter aus?

Kendall Symbolik (A, B, s, n)

  • A: Verteilung der Ankunftsabstände
  • B: Verteilung der Bedienzeiten
  • s: Anzahl der Bedienstationen
  • n: Anzahl der Warteplätze

Welche Verteilungen werden in der Bedienungstheorie unterschieden?

- M (Markov) - Exponentialverteilung

- GI (general indipendent) - allgemeine Verteilung

- D (deterministic) - Konstant

- \(E_k\) (Erlang-k) - Erlang Verteilung

  • Summe von k Exponentialverteilungen
  • geht in ihrer Form in Normalverteilung über

 

Welche Bedienungsprinzipien unterscheidet man in der Bedienungstheorie?

FIFO (First in first out)

LIFO (Last in first out)

SIRO (Service in random order)

Welche Verteilungstests gibt es und wie ind sie definiert?

- Chi Quadrat Test

  • Prüfung: Zufallsgröße X genügt einer Verteilung F(X)
  • Auftteilung von n Beobachtungswerte in k Klassen --- Wahrscheinlichkeit p, dass Wahrscheinlichkeit zu Klasse i gehört
  • \(\chi^2\) < \( \chi_\alpha^2(k-r-1)\) darf kritischen Wert nicht utnerschreiten \(\alpha \) Quantil, k Klassen, r Verteilungsparameter
  • \(k=5\log{n}\)

- Wilcoxon- Test

  • Prüfen: zwei Zufallszahlen (X,Y) genügen der gleichen Verteilung \(F(x)=F_X(X)=F_Y(x)\)  mit gleichen Verteilungsparametern
  • alle Wertepaare für X UND Y werden der Reihenfolge nach geordnet
  • Bildung von Wertepaaren \((x_i,y_i)\)
  • Inversion, wenn \(y_i \) < \(x_i\), Summe aller Inversionen U
  • nicht immer anwendbar (Warteschlangen), bzw. notig (plausible Ergebnisse auch ohne)

Was versteht man unter der Warmlaufphase und wie kann sie bestimmt werden?

- Kenngröße von statischen Versuchen

- instationäres System mit stationären Randbedingungen... Einschwingen erforderlich -> Ergebnisse Konvergieren

- Bestimmung:

  • Graphisch
  • Mittelung von 10 - 20 langen Testläufen
  • gleitenden Mittelwert bilden (hochfrequente Störungen beseitigen)

Welche Verfahren werden in der statischen Versuchsplanung eingesetzt?

Worin unterscheiden sie sich?

- Replicate / Delete-Verfahren

  • Bestimmung der Warmlaufphasen durch mehrere Durchläufe (Replicate) (Run1, Run2, Run3)
  • Warmlaufphase verwerfen (Delete)
  • ++einfach, robust gegen Korrelation
  • -- korrekte Bestimmung der Warmlaufphase

- Batch-Means Vefahren

  • Warmlaufphase bestimmen, einen langen Simulationslauf durchführen (Run1)
  • Daten in Intervalle (Batches) mitteln --> theoretisch Run1, Run2,Run3,...
  • ++ nur eine Warmlaufphasen (Robust)
  • -- schwierige Bestimmung der Länge und Anzahl der Batches (Batches dürfen nicht korelliert sein -- dynamische Anpassung bei Korrelation)

- \(2^{k-p}\) Teilfaktorpläne

  • nur Ecken werden gerechnet, Einzelwerte können zurückgerechnet werden
  • ++ geringer Aufwand
  • -- setzt lineare Zusammenhänge vorraus
  • -- unterstellt Unabhängigkeit der Faktoren

 

 

Welche gewünschten Eigenschaften haben Zufallsgeneratoren?

- stochastisch unabhängige (nicht korelliert) und identisch verteilte Folgeglieder

- maximale Dichte, lange Periode

- einfach, schnell und reproduzierbar (möglichst immer der gleiche Zufall für Debugging)

Wie ist die Vorgehensweise linearer Kongruenzgeneratoren (Formel)?

\(Z_i=(a Z_{i-1}+c)\mod{m}\)

Nennen Sie Möglichkeiten zum Test von Zufallsvariablen auf Unabhängigkeit.

- Lauftests (aufeinanderfolgende Zahlen mit Vorgänger, Mittelwert vergleichen)

- Autokorelationstest

- Gap-Test (in welchen Abständen widerholen sich Ziffern)

- Spektraltest (Korrelation auf große Distanz)

  • weißes Rauschen bei guten Zufallszahlen

- n-Cube-Test (Korrelation auf kurze Distanz)

  • Paarweise im Koordinatensystem auftragen (x,y) - mehrere Punkte über gleichmäßige Fläche
  • streifiges Muster bildet sich aus (2D Linien, 3D Flächen)

 

 

Mit welchen Verfahren können Verteilungen umgeformt werden?

Wo werden die Verfahren jeweils angewendet?

Idee: Es werden immer Gleichverteilungen geliefert (Zufallsgenerator)... Umwandlung in eine andersartige Verteilung nötig.

- Inversionsverfahren

  • \(X=F^{-1}(U)\) U = gleichverteilte Zufallszahl
  • Effiziente Berechnung
  • Anwendung:
  • bei invertierbaren Verteilungen (Exponentialverteilung, Gleichverteilung, Dreiecksverteilung)
  • bei approximiert invertierbaren Verteilungen (Normal,- Gammaverteilung)
  • empirische Wahrscheinlichkeitsdichten

- Transformationsverfahren

  • Uwandlung von Gleichverteilung in Normalverteilung

- Rückweisungsverfahren

  • Vorgabe einer Funktion (Verteilung)
  • Wenn der Wert außerhalb der Funktion liegt, Wert verwerfen
  • Wenn der Wert in der Funktion liegt, gewünschte Verteilung annehmen

 

Definieren Sie die Begriffe Daten, Datenbanken und Datenbankprogramme.

Daten sind logisch gruppierte Informationseinheiten, die zwischen Systemen übertragen und auf Systemen gespeichert werden.

Datenbanken sind strukturierte Sammlungen von Daten in Dateien.

Datenbankprogramme dienen der Verwaltung und Bearbeitung von Datenbanken.

Welche zwei Arten von Datenbanksystemen unterscheidet man (nach der Struktur)?

  • Client-Server Architektur (z.B. MySQL, Oracle)
  • Stand-Alone Architektur (z.B. Access, MySQL)

oder

  • Hierarchisches Datenmodell (nur ein Vorgänger)
  • Netzwerk-Datenmodell (mehrere Vorgänger)

Was bedeutet Normalisierung von Datenbankmodellen?

- Zerlegung von Relationen, um Redundanzen zu vermeiden

Nennen Sie verbreitete Datenbankprogramme.

- SQLite (eigenständige, serverlose Nutzung möglich)

- Access (MS-Office)

- MariaDB (opensource)

- Oracle (Großrechnereinsatz)

Erkären Sie den Begriff Datenanalyse mit Hilfe der Herarchiepyramide.

Zeichen → Syntax → Daten → Semantik → Informationen → Pragmatik /Vernetzung → Wissen (Informationen verknüpft mit Wissen/Erfahrungen)

Wozu wird die Datenanalyse verwendet (Zweck)?

- Dienstleistung (Wettervorhersage)

- Marketing

- Geschäftsmodell

- Analyse

  • Monitoring
  • Planung
  • Steuerung

- Prognose (Menge/Zeit/Qualität/Kosten)

 

 

Nennen sie 4 Teilaufgaben der Datenanalyse.

- zunehmendes Prozessverständis durch

  • Sammeln
  • Analysieren
  • Interpretieren
  • Präsentieren

... Daten nur mit zugehörigem technischen Verständis brauchbar!

 

Was ist der Vorteil beim Arbeiten mit Skripten bei der Datenanalyse?

  • reproduzierbar (Vorgehen wird genau ersichtlich)
  • individualisierbar
  • schnell
  • portabel
  • kostengünstig

Welche Tools sind für die Datenalyse anwendbar?

- AWK (textbasiertes Auslesen von Texten und Datenausgabe/filter, CSV auslesen)

- SQLite (Datenbank, anwendbar in Firefox, Chrome,...)

- GNUPLOT (2D und 3D- Plots, HTML einbaubar)

- MAKE

- Cygwin (in sich abgeschlsosenes Programm)

 

Was macht die Komplexität von intralogistischen Prozessen aus, die eine Simulation notwendig machen?

- zufallsbehaftete Größen

  • Auftragseingang,
  • Reihenfolge, Zuordnung
  • Verfügbarkeit

- eng gekoppelte Systeme mit Rückstaus und Blockierungen

Welche Einsatzfelder der Simuation gibt es? (Simulationsstudien)

- Neubau (Machbarkeitsnachweis)

- Umbau (Kapazitätsgrenzen / möglichst geringe Änderungen)

- Realisierung (Leistungstest bei schrittweise Inbetriebnahme)

- Betrieb (operative Steuerung zB. Maschinenbelegung)

- Vertrieb (Überzeugung)

 

Wie läuft eine Simulationsstudie prinzipiell ab?

0. Problemanalyse und Kostenschätzung

1. Aufgaben- und Zieldefinition

2. Datenerhebung- und analyse

3.  Modellerstelllung und -verifikation

4. Experimentelle-  und Systemanalyse

5. Dokumentation und Präsentation

Welches Ziel haben Simulationsstudien?

- Verbesserung der Systemkenntnis und Erkennen von Wirkungszusammenhängen

- Analysen

  • Schwachstellenanalyse
  • Was- wäre wenn Analyse
  • Sensitivitätsanalyse

- Auslegung und Optimierung

- Erstellung von handlung- und Betriebsanweisungen

 

Das Ergebnis wird an den Zielstellungen gemessen

Welche Daten werden für die Simulationsstudie benötigt?

- technische Daten

  • Struktur (Layout)
  • Produktion (Leistung der Maschinen)
  • zum Materialfluss (Fördermittel)
  • Informationsfluss (Übertragungszeiten)

- Systemdaten

  • Aufträge (Termine)
  • Produkte (Arbeitspläne)

- Organisationsdaten

  • zur Arbeitszeit
  • zur Ressourcenzuordnung,- verfügbarkeit
  • zur Ablauforganisation

 

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