Test-Reihe
Im Arbeitspaket 4 wurde eine Testreihe zur Identifizierung von Fehlerquellen in Simulationsprogrammen erstellt. Dabei wurden ausgewählte Anwendungsszenarien auf validierbare Fälle abstrahiert und der Bedarf an zusätzlichen Testszenarien geprüft. Die Testfälle werden in der SimQuality Test-Suite (2020) genauer erläutert. Mit Hilfe dieser Testreihe kann die Eignung von Simulationsprogrammen im konkreten Szenario überprüft und bestätigt werden.
Bei der Entwicklung der Validierungstests wurden in einem 1. Schritt sogenannte Blindsimulationen durchgeführt. Bei Blindsimulationen bestehen keinerlei Informationen über die erwarteten Ergebnisse. Die Auswertung der Simulationsläufe wurde programmübergreifend ausgeführt. Dabei wurden die Ergebnisse mit den Zielvorgaben und Genauigkeitsanforderungen geprüft. Die Zielvorgaben wurden unter Berücksichtigung der Ergebnisstreuungen entwickelt. Dabei dienten die Ergebnisse der einzelnen Werkzeuge als Entscheidungsgrundlage. Dazu war zunächst in einem iterativen Prozess auszuschließen, dass weder Programmier- oder Eingabefehler die Ergebnisse der Simulationsprogramme verfälschten. Wichtig dabei ist, dass die Lösungen der einzelnen Programme auf einen „wahren“ Wert konvergieren. Nur bei Konvergenz einer ausreichenden Zahl an Ergebnissen unterschiedlicher Simulationsprogramme wurde daher eine Lösung dargestellt. Aus den Ergebnissen der Simulationswerkzeuge ergab sich ein Korridor an Lösungen die valide/geeignet sind. Diese Lösungen sind als Referenzlösung ausgearbeitet und für weitere Verfahren dokumentiert.
Mit Hilfe der Erkenntnisse aus diesem Arbeitspaket konnte ein Arbeitsablauf zur Programmvalidierung entwickelt werden.
Qualitätssicherung von Simulationssoftware
Aus eigener langjähriger Erfahrung in der Entwicklung von Simulationsprogrammen wissen wir, dass Simulationsentwicklung keinesfalls eine einfach Aufgabe ist. Komplexe physikalische Modelle und flexible Parameterwahl seitens der Anwender bedingen gleichermaßen komplexen Programmcode. Und dieser ist nur in sehr seltenen Fällen gleich von Anfang an fehlerfrei.
Daher sollte eine möglichst umfangreiche Prüfung der Berechnungsfunktionalität eines jeden Simulationsprogramms erfolgen. Eine geprüfte und zertifizierte Software bietet viele Vorteile, unter anderem:
- erhöht Vertrauen in das Simulationswerkzeug und die Simulationsergebnisse
- schafft Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Softwareprodukten, bzw. Simulationsprogrammen mit ähnlicher Aufgabenstellung
- erlaubt norm-äquivalente Planung, Dimensionierung und Nachweisführung
Gerade letzterer Punkt ist im sehr normengeprägten Planungsprozess in Deutschland sehr wichtig, denn die Entwicklung und Aktualisierung der Normen ist ein zäher Prozess. Es dauert daher mitunter sehr lange (> 10 Jahre), bis sich der Stand der Forschung/Technik in den Normen wiederfindet. Und so lange sollte man mit Hinblick auf die drängenden Herausforderungen des Klimaschutzes und des notwendigen Umdenkens im Bauwesen sicher nicht warten.
Vision und Zielsetzung von SimQuality
Wir sind davon überzeugt, dass Simulationssoftware uns erlaubt, bessere und energiesparendere Gebäude zu planen, zu bauen und zu betreiben. Und diese sind in der Regel durch geringere Investkosten und vor allem Betriebskosten sogar wirtschaftlicher. Wenn statt einer statischen Lastanalyse eine dynamische Simulation die Prozesse genauer abbilden hilft, und dadurch z.B. etliche Bohrpfähle einer Geothermieinstallation eingespart werden können, dann werden dadurch Investkosten signifikant reduziert. Ebenso führt eine simulationsgestützte, realistische Dimensionierung von Pumpen, Rohren, Speichersystemen etc. in der Regel zu kleineren Komponenten und damit geringeren Invest- und vor allem Betriebskosten (und natürlich auch geringeren Energieverbräuchen und CO2-Emissionen).
SimQuality soll die Verwendung von qualitativ hochwertiger und modellseitig standardisierte Simulationssoftware im Planungsprozess erleichtern und in der Breite etablieren. Dies soll über folgende Mechanismen erreicht werden:
- Auf der Webseite werden Information über verfügbare Simulationstools und deren Fähigkeiten gesammelt und übersichtlich dargestellt.
- Simulationstools durchlaufen Testreihen und werden entsprechend Ihrer Fähigkeiten bewertet (und ähnlich Stiftung Warentest benotet).
- Simulationsmodelle werden detailliert dokumentiert und die Parametrisierung beschrieben.
- Die Testfälle der SimQuality-Prüfserie dokumentieren das Aufsetzen und Parametrisieren von Simulationsmodellen (und die Programmeingabe) und unterstützen so auch den Lernprozess für die Verwendung der Programme.
Simulationsinteressierten sollen auf dieser Webseite Antworten auf folgende Fragen erhalten:
- Welche Tools sind geeignet, eine bestimmte Aufgabenstellung/Problemstellung zu bearbeiten?
- Welche Fähigkeiten und Qualitäten hat ein bestimmtes Simulationsprogramm?
Damit diese Fragen hinreichend objektiv beantwortet werden können, haben wir eine Reihe von Bewertungsregeln für die Verwendung der Plattform aufgestellt.
Andreas Nicolai, Jan. 2021