Computersimulation mit dem Dialogverfahren SIMA: Konzeption und Dokumentation mit zwei Anwendungsbeispielen, Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes in der wirtschafts- und sozialwissenschaftlichen Forschung, Planung und Planungspraxis PDF
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Editor / Herausgeber: Prof. Salomon Klaczko-Ryndziun, Frankfurt a. M. Co-Editors / Mitherausgeber: Prof. Ranan Banerji, Temple University, Philadelphia Prof. Jerome A. Feldman, University of Rochester, Rochester Prof. Mohamed Abdelrahman Mansour, ETH. Zurich Prof. Ernst Billeter, Universitat Fribourg. Fribourg Prof. Christof Burckhardt, EPF, Lausanne Prof. Ivar Ugi. Technische Universitat Munchen Prof. King-Sun Fu, Purdue University. West Lafayette Interdisciplinary Systems Research Interdisziplinare Systemforschung Analysis - Modelling - SImulation Analyse - Formalisierung - Simulation The system science has been developed from sevaral Die Systemwissenschaft hat sich aus der Verbindung scientific fields: control and communication theory, mehrerer Wissenschaftszweige entwickelt: der Rege model theory and computer science. Nowadays it ful lungs-und Steuerungstheorie, der Kommunikationswis fills the requirements which Norbert Wiener formulated senschaft, der Modelltheorie und der Informatik. Sie originally for cybernetics; and were not feasible at his erfullt heute das Programm, das Norbert Wiener mit time, because of insufficient development of computer seiner Definition von Kybernetik urspriinglich vorgelegt science in the past. hat und dessen Durchfiihrung zu seiner Zeit durch die Research and practical application of system science noch ungeniigend entwickelte Computerwissenschaft involve works of specialists of system science as well stark eingeschriinkt war. as of those from various fields of application. Up to Die Forschung und die praktische Anwendung der Sy now, the efficiency of this co-operation has been proved stemwissenschaft bezieht heute sowohl die Fachleute in many theoretical and practical works. der Systemwissenschaft als auch die Spezialisten der The series 'Interdisciplinary Systems Research' is in Anwendungsgebiete ein. In vielen Bereichen hat sich tended to be a source of information for university diese Zusammenarbeit mittlerweile bewiihrt. students and scientists involved in theoretical and ap Die Reihe «Interdiszipliniire Systemforschung» setzt plied systems research. The reader shall be informed sich zum Ziel, dem Studenten, dem Theoretiker und about the most advanced state of the art in research, dem Praktiker iiber den neuesten Stand aus Lehre und application, lecturing and metatheoretical criticism in Forschung, aus der Anwendung und der metatheore this area. It is also intended to enlarge this area by in ti.schen Kritik dieser Wissenschaft zu berichten. cluding diverse mathematical modeling procedures Dieser Rahmen soli noch insofern erweitert werden, als developed in many decades for the description and op die Reihe in ihren Publikationen die mathematischen timization of systems. Modellierungsverfahren mit einbezieht, die in verschie In contrast to the former tradition, which restricted the dens ten Wissenschaften in vielen Jahrzehnten zur theoretical control and computer science to mathemati Beschreibung und Optimierung von System en erarbeitet cians, physicists and engineers, the present series em wurden. .phasizes the interdisciplinarity which system science Entgegen der friiheren Tradition, in der die theoretische has reached until now, and which tends to expand. City Regelungs-und Computerwissenschaft auf den Kreis and regional planners, psychologists, physiologists, der Mathematiker, Physiker und Ingenieure beschriinkt economists, ecologists, food scientists, sociologists. war, liegt die Betonung dieser Reihe auf der Interdiszi political scientists, lawyers, pedagogues, philologists, plinaritiit, die die Systemwissenschaft mittlerweile er managers, diplomats, military scientists and other spe reicht hat und weiter anstrebt. Stadt-und Regionalpla cialists are increasingly confronted or even charged ner, Psycholog.en, Physiologen, Betriebswirte, Volks with problems of system science. wirtschafter, Okologen, Erniihrungswissenschafter, The ISR series will contain research reports - including Soziologen, Politologen, Juristen, Piidagogen, Mana PhD-theses -lecture notes, readers for lectures and ger, Diplomaten, Militiirwissenschafter und andere Fach proceedings of scientific symposia. The use of less ex leute sehen sich zunehmend mit Aufgaben der System pensive printing methods is provided to assure that the forschung konfrontiert oder sogar beauftragt. authors' results may be offered for discussion in the Die ISR-Relhe wird Forschungsberichte - einschliess shortest time to a broad, interested community. In or lich Dissertationen -, Vorlesungsskripten, Readers zu der to assure the reproducibility of the published results Vorlesungen und Tagungsberichte enthalten. Die Ver the coding lists of the used programs should be in wendung wenig aufwendiger Herstellungsverfahren soli cluded in reports about computer simulation. dazu dienen, die Ergebnisse der Autoren in kiirzester The international character of this series is intended to Frist einer moglichst breiten, interessierten Offentlich be accomplished by including reports in German, Eng keit zur Diskussion zu stellen. Um auch die Reprodu lish and French, both from universities and research zierbarkeit der Ergebnisse zu gewiihrleisten, werden in centers in the whole world. To assure this goal, the edi Berichten uber Arbeiten mit dem Computer wenn im tors' board will be composed of representatives of the mer moglich auch die Befehlslisten im Anhang mitge different countries and areas of interest. druckt. Der internationale Charakter der Reihe soli durch die Aufnahme von Arbeiten in Deutsch,. Englisch und Franzo sisch aus Hochschulen und Forschungszentren aus aller Welt verwirklicht werden. Dafur soli eine entspre chende Zusammensetzung des Herausgebergremiums sorgen. ISR18 Interdisciplinary Systems Research Interdisziplinare Systemforschung Helmut Maier Computersimulation mitdem Dialogverfahren SIMA Konzeption und Dokumentation mit zwei Anwendungsbeispielen, Moglichkeiten und Grenzen des Einsatzes in der wirtschafts- und sozialwissenschaftlichen Forschung, Planung und Planungspraxis Mit einem Vorwort von Prof. Dr. Eduard Pestel, Hannover Band 1 Konzeption Springer Basel AG CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Maier, Helmut Computersimulation mit dem Dialogverfahren SIMA: Konzeption u. Doku mentation mit 2 Anwendungsbeispielen, Mbglichkeiten u. Grenzen d. Einsatzes in d. wirtschafts- u. sozialwiss. Forschung, Planung u. Planungspraxis. Bd. 1. Konzeption. (Interdisciplinary systems research; 18) ISBN 978-3-7643-0748-6 ISBN 978-3-0348-5144-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-0348-5144-2 Nachdruck verboten . Aile Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen und der Reproduktion auf photostatischem Wege oder durch Mikrofilm, vorbehalten © Springer Basel AG 1976 Urspriinglich erschienen bei Birkhiiuser Verlag Basel 1976. Vorwort Mit dem Buch "Computersimulation mit dem Dialogverfahren SIMA" hat der Verfasser ein eben so nUtzliches wie ideenreiches Werk vorgelegt. Die Simulations-Algorithmen des Systems SIMA sind vom Standpunkt des Prak tikers aus entwickelt worden, der im Dialog mit der Rechenanlage Uber die Mannigfaltigkeit von Eingriffsmoglichkeiten verfUgen mochte, die eben einmal fUr die DurchfUhrung von Prognoserechnungen und Planungs fortschreibungen unumganglich notwendig sind. Es ist fUr den Anwender beruhigend zu wissen - und als Leser wird er sich selbst davon Uber zeugen konnen - , dass SIMA nicht am Schreibtisch entstanden ist, son dern in langjahriger Erprobung auf anspruchsvollen Problemgebieten zur Anwendungsreife gelangte. Herausgekommen ist dabei eine Simulations sprache, deren Programme auf FORTRAN-Basis konzipiert sind, und die da her Raum fUr weitere Eigenentwicklungen lasst. Hierin liegt wohl auch ein wesentlicher Unterschied, wenn nicht ein entscheidender Vorteil ge genUber anderen Simulationssprachen, wie z.B. der von Forrester am MIT entwickelten Sprache "DYNAMO". Von den qualitativ neuen Aspekten des Systems SIMA mochte ich zwei besonders hervorheben: Einmal konnen Ergeb nisse aus verschiedenen Rechenlaufen in einer einzigen Konfiguration auf dem Bildschirm eines Sichtgerates vergleichend dargestellt werden (Op tion BAND). FUr jeden Praktiker, der an die DurchfUhrung mehrerer Alter nativrechnungen gewohnt ist, mag Bins solche Option selbstverstandlich erscheinen. Sie ist aber bis heute weder bei DYNAMO noch bei GPSS in Angriff genommen bzw. gelost worden. Die sich aus siner solchen Option ergebenden Programmier- und Datenbankprobleme hat Maier in bestechend einfacher Weise mit Hilfe des Prinzips der Referenzdaten gelost, das von der Approximationstheorie her wohlbekannt ist. Zum andern beschrankt sich der Anwendungsbereich der Simulations-Algorithmen SIMA nicht auf Informations~Feedbacksysteme' wie bei Forrester, sondern bezieht gleich zeitig Differenzengleichungssysteme hoherer Ordnung mit ein, die nicht direkt, d.h. rekursiv und sukzessiv losbar sind, sondern erst Uber die Auflosung eines moglicherweise nichtlinearen Simultanteilsl)zuganglich sind. Diese und andere fUr die Behandlung umfangreicher komplexer Planungs aufgaben unverzichtbaren Moglichkeiten werden natUrlich mit einigen l)Eine genaue Beschreibung der Struktur dieses Simultanteils wird in Abschnitt 5. von Teil 1 gegeben. II Doch nicht nur dies. Auf der Basis eines bereits realisierten und getesteten Entwurfs kann die Beschreibung von Einsatzperspektiven wesentlich realisti scher vorgenommen werden. Dieses zweite Charakteristikum ist ein grund - satzlicher Unterschied zu den Uberlegungen des sogenannten Berliner Simu lationsmodells (BESI) in den Jahren 1969 und 1970. Diese hatten erst in spa teren Entwicklungsphasen an relevanten Daten getestet werden konnen. Dane ben besteht eine starke Verbindungslinie zum Projekt BESI, denn die Anwen dung des FORRESTERschen Stadtmodells auf Berliner Verhaltnisse hat 1970 einen Diskussionsprozess mit verschiedenen Senatsdienststellen ausgelost, der das heute realisierte Konzept des Systems SIMA maJ3geblich beeinfluJ3t hat. Das System SIMA kann somit als Folgeergebnis des vom Berliner Senat finanzierten Projektes angesehen werden. Ein Folgeergebnis, das nicht iso liert da steht sondern Interfaces zu bestehenden Planungen aufweist, die ge nau beschrieben werden konnen. Die Reihe der Personlichkeiten aus dem Bereich der Berliner Verwaltung, denen sich der Verfasser zu Dank verpflichtet fUhlt, ist lang. Eine Liste der Interessenten und Teilnehmer an den Computerdemonstrationen von 1970, die gleichzeitig den durchgefUhrten Diskussionsprozess dokumentiert, ist daher in die Beschreibung des Realisierungsprozesses aufgenommen worden. All denen, die damals am Sichtgerat der ICL-1909 ihre Vorstellungen bezUglich der Organisation, Handhabung und Grenzen des Einsatzes von Simulationsmo dellen geauJ3ert haben, mochte ich meinen besonderen Dank aussprechen. Wenn trotzdem die Hervorhebung einzelner Personlichkeiten angebracht ist, sodes halb, weil sich drei Gruppen innerhalb der Berliner Verwaltung als stark in teressiert und exponiert an den Uberlegungen zur Entwicklung eines kommuna len Management-Systems von 1969 und 1970 gezeigt haben. Sie wurden fUr den Verfasser durch die Herren Dr. Koppenhagen (Leiter der Planungsgruppe), Murcken und MUller vom Senator fUr Wirtschaft, die Herren Dr. Hanisch (Lei ter des Statistischen Landesamtes Berlin), Appel (Leiter der Projektgruppe Struktur-und Planungsdatenbank), Klein vom Statistischen Landesamt Berlin und Herrn Fuchs (Leiter des Landesamtes fur Elektronische Datenverarbei tung) reprasentiert. Bei ihnen mochte ich mich extra bedanken. Mit Herrn Appel hat mich schon wahrend des Projektes BESI die grundsatzliche Vor - stellung vom problemorientierten Aufbau einer Struktur- und Planungsdaten- III bank verbunden, die angesichts der als problemunabhli.ngig propagierten Tech niken der Systemtheorie zu dieser Zeit nicht selbverstli.ndlich gewesen ist. Herr Fuchs hat mir 1973 die aktenkundigen Gesprli.chsvorgli.nge zwischen dem Zentrum Berlin fur Zukunftsforschung und den verschiedenen Verwaltungs dienststellen des Senats von Berlin zur Verfiigung gestellt, so daJl einige Do kurnentationslucken geschlossen werden konnten. MaJlgeblich an der Entwicklung des Systems SIMA ist Herr Professor Simon vom Mathematischen Institut der TU Berlin beteiligt gewesen. Seiner Initia tive ist die Durchfuhrung der zweiten Phase der Realisierung zu verdanken. Bei ihm m5chte ich mich her zlich bedanken. ebenfalls bei der Deuts chen For schungsgemeinscha£t. die die zweite Phase finanziert hat. Die Testphaseftir das aus der 2. Realisierungsphase hervorgegangenen Systems ist innerhalb interdisziplinli.rer Lehrveranstaltungen am Fachbereich Mathematik der TU Berlin durchgefuhrt worden (von 1971 bis 1973). Fur die Genehmigung dieser Lehrveranstaltungen im Rahmen eines Programms zur Initiierung von Reform lehrveranstaltungen m5chte ich mich beim Fachbereichsrat des Fachbereiches Mathematik der TU Berlin ebenfalls bedanken. Der zweisemestrige Kurs fiihr te zur Bildung einer Arbeitsgemeinschaft, aus der die Herren Fleischer, G5r zig (vom Deutschen Institut fur Wirtschaftsforschung). Hugger und in einer spateren Phase Sch5nebeck durch ihre publizierten Arbeiten aufgefallen sind. Herr Fleischer hat mir mit seinen qualifizierten KontroHqualitli.ten sehr ge holfen. Herrn Hugger bin ich durch mehrere gemeinsame Arbeiten und sein vitales Interesse an der Benutzung praxisorientierter Planungssysteme zur Entscheidungshilfe sehr verbunden. Allen Teilnehmern der AG Mathematische Modelle in den Wirtscha£ts- und Sozialwissenschaften bin ich jedoch zu glei chern Dank verpflichtet und m5chte ihn hiermit aussprechen. Nicht verges sen m5chte ich in diesem Zusammenhang. die Herren Kaiser vom Recheninstitut der TU Berlin und Glaspool von der Firma ICL (Berlin) sowie Frau Staiger von der Lichtbildstelle der TU Berlin zu erwli.hnen. 0hne ihre Hilfe bei technischen Defekten des Sichtgerli.tes bzw. der ICL-1909 bzw. der prompten Erledigung der anfallenden fotografischen Er:twicklungsarbeiten hli.tte mancher Zeitplan nicht eingehalten werden k5nnen. Neben den bereits Genannten bin ich vor aHem Herrn Professor Pestel von der Technischen Universitli.t Hannover von Herzen dankbar fur seine Aufge - IV schlos senheit gegentiber den in Berlin durchgeftihrten Arbeiten. Er, der sich durch seine eigene Forschungstatigkeit mit der Organisation von problemorien tierten Informationssystemen befai3t hat und bei der Formulierung von Modell gleichungen nach dem von Mesarovic entwickelten Prinzip der hierarchisch verflochtenen Ebenen vor das in dieser Arbeit angesprochene Problem der in varianten Strukturen in mathematischen Modellen ebenso gestellt worden ist, ist ftir mich seit 1973 ein idealer Gesprachspartner ftir die dabei auftretenden Probleme. Sehr gut ist mir der - anlai3lich seines am 26.3.1973 beim 19. internationalen biometrischen Kolloquiurn gehaltenen Vortrags tiber Bevolke rungsmodelle entstandene - intensive Dialog tiber die Moglichkeiten, Proble me und die Aus sagefahigkeit mathematischer Weltmodelle unter dem Aspekt der Regionalisierung in Erinnerung. Ich habe noch nie einen Menschen erlebt, der tiber das gesamte Spektrum von der computertechnischen Konzeption bis zur problemspezifischen Beurteilung der Aussagefahigkeit so kompetent ge sprochen hat. Daraus ist ein Kontakt entstanden, den ich nicht mehr missen mochte. Ohne die Initiative von Herrn Professor Klacko, der anlai3lich der 5. Jahres tagung der ISAGA (International Simulation and Game Association) an einer Demonstration der Simulations-Algorithmen teilgenommen hat, konnte der Bericht nicht in dem hier vorgelegten Umfang an die (jffentlichkeit gelangen. Ich bin ihm sehr dankbar daftir. Seine Idee zur Herausgabe einer Reihe ftir die interdisziplinare Systemforschung halte icn ftir eine langst fallige Notwen digkeit, da ich wie er interdisziplinar ausgerichtet bin. Die Zeit der interdis ziplinar ausgerichteten Studenten wird kommen, da die Probleme der Planungs praxis per se interdisziplinar sind. Die Anwendung der Simulations-Algorithrnen SIMA ist wesentlich einfacher als der Urnfang des Berichtes vermuten lai3t. Denn die Konzeption ist prag matisch ausgerichtet. und die Handhabung der Algorithmen am Sichtgerat ist einfach. Dies sei allen Lesern zurn Trost wiederholt. Korrektur gelesen haben in Teilen die Herren Hugger, vom Stein und Siegel. Ftir Anregungen und erganzende Bemerkungen bin ich dankbar. Das Buch ist meiner Frau gewidmet. Ohne ihre tatkraftige Untersttitzung hatte ich dieses sich tiber mehrere Jahre hindurchziehende Projekt nicht durchftihren konnen. Berlin-Wilmersdorf, im Dezember 1974 Helmut Maier Inhalt Bemerkungen zur Darstellungsweise 4 1 . Einleitung 10 1. 1 Motivation 10 1.2 Problemstellung 14 1. 3 Einordnung in die Literatur 29 1. 3.1 Die Diskussion urn die Errichtung eines Bundesamtes zur Bewertung von Technologien 33 1. 3. 2 Die Diskussion urn die Errichtung eines Bundesinformations- systems 35 1. 3. 3 Die Diskussion urn die Planungen des Statistischen Landes- amtes Berlin zur Errichtung einer regionalen Struktur- und Planungsdatenbank 36 1. 3. 4 Die Diskussion urn die Verwendbarkeit von System Dyna- mics in der Stadt- und Regionalplanung 41 1. 3.5 Die Diskussion urn die Problematik der Verwendung quanti tativer Methoden in den Wirtschafts- und Sozialwissenschaften 47 1. 3. 6 Die Diskussion urn die Verwendbarkeit von Management- Informations -Systemen 54 1. 3. 7 Die Diskussion urn die Bereitstellung von Software zur Simu- lation im soziookonomischen Bereich 60 2. Uberblick 63 2.1 Anschauliche Demonstration der Wirkungsweise des Compu- terdialoges 64 2.2 Der Aufbereitungsprozess vor Beginn des Computerdialoges 83 3. Die Realisierungsphasen 90 3.1 Phase I : Das Projekt BESI und die Anwendung des Stadtmo- dells von FORRESTER auf Berlin-West in denJahren1969 und 1970 90 3.1.1 Bemerkungen zurn Berliner Simulationsmodell BESI 91 3.1.2 Die computergerechte Aufbereitung des Stadtsimulationsmo- dells von FORRESTER 93 3.1.3 Ergebnisse aus dem Diskussionsprozess mit Berliner Senats- dienststellen 103 3.1. 4 Bemerkungen zur Eingabe von "Berliner Daten" in Urban Dynamics im Rahmen des Projektes BESI 110 3.2 Phase II: Entwicklung eines Simulationsmodells zur Unter suchung der Schulerzahlenentwicklung in Berlin-West in den Jahren 1970-1971 114 3.2.1 Beschreibung der Version der zweiten Phase 115 3.2.2 Interfaces zu den Planungen des Berliner Schulsenators 119 3.2.3 Das Demonstrationsbeispiel zur Schulerzahlenfortschreibung 125 3.2.4 Ergebnisse und Konsequenzenaus der zweiten Phase der Rea- lisierung 127
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