Wir Simulanten

Ob bei der Wahl der Kleidung, beim Betreten eines Zuges oder auf über 10  000 Metern Flughöhe: Computersimulationen nehmen in unserem Alltag längst eine Schlüsselfunktion ein. Nach welchen Regeln funktioniert die Welt, die zwischen Fiktion und Wirklichkeit angesiedelt ist?

Was haben die Wettervorhersage für den morgigen Tag, der Luzerner Bahnhof und ein japanischer Kleinwagen mit Baujahr 2011 gemeinsam? Diese Frage ist nicht Auftakt für den Witz des Tages, sondern soll den Blick für die Erfolgsgeschichte zuverlässiger Modellrechnungen schärfen. Denn die Mittel der Informatik haben unsere reale Welt in einem Mass beeinflusst, das für uns selbstverständlich geworden ist, aber unseren Grosseltern unvorstellbar erschien.

Beginnen wir mit einer unerschöpflichen Quelle für leichte Gespräche. Kurzfristige Wetterprognosen sind heute sehr zuverlässig: je nach Grosswetterlage erreichen wir eine Prognosegüte von 95 bis 99 Prozent für den Folgetag. Wetterdienstleister wie die Basler Firma meteoblue AG geben sogar frei zugängliche Prognosen für 3-Stunden-Intervalle. Ob bei der Vorbereitung einer Sportveranstaltung oder einer privaten Party – wir haben uns alle daran gewöhnt, solche Informationen jederzeit abrufen zu können.

Zum zweiten Beispiel: Bahnhöfe sind eingebunden in Streckengeleise und werden operativ betrieben mit Fahrplänen. Die Leistungsfähigkeit dieser Schaltstellen der Mobilität ist das Ergebnis von Simulationen. Schon im Jahre 2000 beschrieb die Betriebszeitung der SBB die Umbauarbeiten am Kopfbahnhof treffend mit «Virtuelle Züge lösen echte Knöpfe». Fachleute bezweifelten zuvor, dass die Verlegung von Teilen des Zugverkehrs auf ein einziges Gleis möglich sei. Simulationen kamen zu einem anderen Schluss: Virtuelle Züge testeten das Modell unter verschiedenen Rahmenbedingungen (Fahrplan, mögliche Verspätungen, Rollmaterial, Umweltbedingungen). Auf Bildschirmen erschien die Umstellung als machbar. In der Tat: der Verkehr brach auch nach der realen Umstellung nicht zusammen – das virtuelle Modell konnte seine Korrektheit empirisch beweisen.

Die von der ETH entwickelte Software «OpenTrack» hat sich inzwischen zu einem auch international unverzichtbaren Werkzeug für solche und ähnliche Fälle entwickelt. Vor allem für Grossbauprojekte im Bahnwesen sind solche Werkzeuge unumgänglich. Die Konsequenzen nicht gemachter virtueller Hausaufgaben mussten in jüngster Zeit die Planer des künftigen Stuttgarter Hauptbahnhofs «Stuttgart 21» erkennen. Mit einer simplen Power-Point-Animation reklamierte Boris Palmer, Oberbürgermeister in Tübingen, vor laufenden Fernsehkameras das Fehlen von verlässlichen Simulationen aus der Planungswerkstatt. Der im Nachgang des Mediationsprozesses durchgeführte Stresstest durch die Schweizer Firma SMA und Partner AG brachte in der Tat Mängel der ursprünglichen Planung zutage: beispielsweise fand man heraus, dass einzelne andere Bahnhöfe ausgebaut werden müssten, um den angepeilten Durchsatz auf der Hauptstrecke zu erreichen. Nun ist Nachbessern angesagt – und das ist teuer.

Die dritte Säule der Wissenschaft

Vom Gleis auf die Autobahn mit dem japanischen Kleinwagen und damit zu einer anderen Schlüsselfrage aus dem Bereich Mobilität: Wie senkt man den Benzinverbrauch von Fahrzeugen? Antwort: geringeres Gewicht, bessere Aerodynamik, effizientere Verbrennung im Motor und einiges mehr. Alle genannten Punkte gehen heute Entwicklungsabteilungen mittels Simulation an. Etwa die Gewichtsfrage von Bauteilen: je dünner die Bleche, desto leichter das Auto. Allerdings muss die Reduktion der Blechstärke abgesichert, die Reissfestigkeit gewährleistet sein. Ingenieure können im virtuellen Raum Bauteile vorgängig modellieren und mit unterschiedlichen Parametern Stresstests an ihnen durchführen. Die Schweiz hat zwar keine eigene Autoindus­trie, der Weltmarktführer von Software für Blechverformungen in der Autoproduktion kommt aber aus den Hallen der Autoform AG im Kanton Schwyz. Dort werden Tag für Tag Softwarekomponenten zur Fabrikation des Autos von morgen entwickelt. Virtuell, versteht sich.

Die Liste der Erfolgsgeschichten liesse sich problemlos verlängern. Neue Flugzeuge werden heute nicht zuerst gebaut und testgeflogen, sondern modelliert und simuliert – die Zeiten von realen 1:1-Modellen, die noch im Windkanal getestet wurden, sind vorbei. Der Pilot des Erstflugs vertraut den Resultaten vorhergehender Computersimulationen. Auch in den Lebenswissenschaften spielen Simulationen eine immer grössere Rolle. Um beim vorigen Beispiel zu bleiben: Die Reissfestigkeit einer künstlichen Arterie und die eines Blechs können beide mit ähnlichen Methoden berechnet werden.

Die Simulation hat in Wirtschaft und Gesellschaft längst eine Schlüsselfunktion eingenommen. Hintergrund dieser Entwicklung ist nichts anderes als der Einzug der Informatik in…

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Francis Cheneval, Professor für politische Philosophie,
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