Einführung in die Allgemeine Technologie– Umriss einer Theorie der Technik –

Teil X

Professor Dr. Gerhard Banse (Karlsruhe / Berlin)Professor Dr. Wolfgang Fratzscher (Halle)Professor Dr. Klaus Krug (Merseburg)Professor Dr. Ernst-Otto Reher (Halle)

Hochschule Merseburg – Sommersemester 2013

Lehrveranstaltung

10.06.2013 „Gemeinsames“ und „Invariantes“ technologischer Prozesse – allgemeines technologisches Sachwissen [Reher]

10.06.2013 Allgemeintechnologische Konzepte der Gegenwart [Banse]

17.06.2013 Technisches Herstellungshandeln I: Erkenntnisprozesse und Erkenntnismethoden in den Technikwissenschaften I [Banse]

aus Teil IV, Fo 7: Allgemeintechnologische Absätze der Gegenwart (I)

Technische Sachsysteme Technisches Handeln Technisches Wissen

„Allgemeine Technologie“ „Allgemeine Technikwissenschaft“(Günter Ropohl) (Gerhard Banse)

„Allgemeine Techniklehre“ „Theorie der Technik“(Horst Wolffgramm) (Klaus Kornwachs)

„Technosophie“(Günter Spur)

„Konstruktionswissenschaft“(Vladimir Hubka, W. Ernst Eder)

Technisches Handeln (I)

Technisches Handeln (II)

Technisches Handeln (III)

Technisches Handeln (IV)

8

Vom naturwissenschaftlichen Wirkprinzip zur technischen Prinziplösung

Natureffekt (naturwissenschaftlich beschreibbar)

Wirkprinzip

Prinziplösung

Technisch-technologische Aufgabe

(nach: W. Meck: vom naturwissenschaftlichen Wirkprinzip zur Prinziplösung- ein Schritt beim technischen Entwickeln. In: Die Technik. Heft 11/1979, S. 566)

technische Lösung

KonkretisierungZunahme von Lösungsmöglich-keiten⇒Bewertung

Technisches Handeln (VI)

(nach: Hartmann, K.: Systemtechnische Aspekte der modernen Technologie am Beispiel der Stoffwirtschaft. In: Banse, G.; Reher, E.-O. (Hg.): Allgemeine Technologie. Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft. Berlin 2002, S. 107)

„Formen“ des Wissens über technische Zusammenhänge

Technisches Handeln (VII)Wissen und Wissensgewinn durch Idealisierung von Bedingungen

Technisches Handeln (VIII)Kriterien der Technikbewertung

(nach: VDI-Richtlinie 3780 „Technikbewertung – Begriffe und Grundlagen“, März 1991)

Bedeutsamkeit von 1. Wert-Präferenzen bzw. Wert-

Hierarchien;2. Konkurrenzbeziehungen;3. Operationalisierung /

Operationanalisierbarkeitvon Werten

Technisches Handeln (IX)

Entwicklung und Auswahl technischer Möglichkeiten unter dem Einfluss allgemeiner Rahmenbedingungen und individueller Dispositionen

Technisches Handeln (X)

Technisches Handeln (XI)

Technisches Handeln (XII)

Empirie / Empirisches / Theoretisches

Empirie: Praktisch-gegenständliche Auseinandersetzung desMenschen mit der Umwelt einschließlich der dabei gewonnenen underworbenen Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten sowie derintuitiven Einsicht in Kausalzusammenhänge und Regularitätensowie deren Wirkungsbedingungen.

Empirisches (empirisches Wissen): Durch Empirie gewonnenesWissen; ein überwiegend faktenfeststellendes Wissen über (direktoder indirekt) beobachtbare Sachverhalte.

Theoretisches (theoretisches Wissen): Hauptsächlich durch Theorien und allgemeine Aussagen charakterisiertes Wissen, das sich auf nicht beobachtbare „Gegenstände“ bzw. nicht auf (unmittelbar) Beobachtbares bezieht.

Bezogen auf die TW bedeutet das:

Erstens werden (vor allem) technische Charakteristiken existierender technischer Sachsysteme beobachtend oder messend erfasst sowie empirisch (experimentell) und theoretisch (gedanklich, modellbasiert) analysiert. Diese Ergebnisse werden naturwissenschaftlich und technikwissenschaftlich begründet, (wenn möglich) mathematisch fundiert sowie verallgemeinert. (= Forschung i.e.S. ⇒ Erkennen ⇒ Wissen-schaften)

Zweitens werden neue technische Sachsysteme (bzw. Veränderungen an bestehen-den) auf der Grundlage theoretischer Kenntnisse und Ableitungen sowie vorhan-dener praktischer Erfahrungen methodengeleitet antizipiert. Diese werden ent-sprechend externen Forderungen bewertet und gestaltet.(= Entwurfs-/Konstruktionshandeln ⇒ Gestalten ⇒ Machen-schaften)

Einheit von Erkennen und Gestalten!

aus Teil II, Fo 6: Wissen-schaften und Machen-schaften II

Konsequenz

Erkenntnis- und Gestaltungshandeln ist mit dem Lösen von Aufgaben und Problemen verbunden.

Aufgaben liegen dann vor, wenn die Methoden und Verfahren zur Erreichung des gesetzten Ziels eindeutig verfügbar sind. Von Problemen spricht man dann, wenn das (technische) Wissen nicht ausreicht, um das gesetzte Ziel unter den gegebenen Bedingungen zu erreichen.Vollständigkeitsgrad (V) V = 0 0 < V < 1 V = 1

Ziel ohne Problem Problem Aufgabe

Vervollständigungsgrad VV = 0 VV > 0z.Z unlösbares Problem lösbares Problem

Ausdruck von Wissensdefiziten (in der Technik oftmals auch „Könnensdefizite“):

Auf welche Weise kann bei lösbaren Problemen das Wissensdefizit verringert / beseitigt werden?

- Methoden sind zweckgerichtete Verfahren mit dem Ziel einersystematischen Wissenserzeugung (und Wissensüberprüfung)sowie der Intersubjektivierung (Objektivierung) von Erkenntnissenund Wissen.Art und Weise der Erkenntnis von Objekten und Prozessen, um zu(exakten) „Abbildungen“ (= Wissen) zu kommen bzw. Art undWeise der Gewinnung und Umsetzung von Antizipationen undHandlungsanweisungen, um gestalten zu können.

- Die Technikwissenschaften haben eine Fülle von Methoden teilsselbst entwickelt und teils aus anderen Disziplinen übernommenbzw. für ihre eigenen Zwecke angepasst. Diese lassen sich –allerdings mit vielfältigen Überschneidungen – nach folgenderKlassifikation ordnen:- Methoden der Erkenntnis (= „Erkenntnismethoden“)- Methoden der Gestaltung (= „Gestaltungsmethoden“)

Methoden (I)

- Methoden der Erkenntnis: Die Bereitstellung und Prüfung des fürtechnische Gestaltungsvorhaben notwendigen technischen Wissenserfordert eigene Methoden.Von besonderer Bedeutung ist die – aus den klassischenNaturwissenschaften bekannte – Unterscheidung von theoretisch-deduktiven und empirisch-induktiven Verfahren.Theoretisch-deduktive Verfahren setzen vor allem auf dieMathematisierung funktionaler Zusammenhänge und die Nutzungmathematischer Schlussverfahren.Empirisch-induktive Verfahren sind hingegen labor-orientiert. Sieumfassen einerseits entsprechende technische Messverfahren,andererseits experimentelle Verfahren, z.B. der Materialbearbeitungoder der Prozessregulierung.(Diese Methoden sind zwar den Vorgehensweisen der „klassischen“Naturwissenschaften weitgehend analog, aber nicht identisch, denn in denTechnikwissenschaften geht es z.B. um Begrenztheiten von Idealisierung,Isolierung und Komplexitätsreduktion.)

Methoden (II)

- Methoden der Gestaltung: Wird Technikgestaltung als Lösung vonProblemen durch technisches Wissen und Können verstanden, solassen sich, abhängig von der jeweils gewählten Phaseneinteilungder Prozesse der Technikgestaltung, verschiedene Klassen vonMethoden unterscheiden.Intuitiv-heuristische Methoden setzen an der Pluralität derverfügbaren Wissensformen an und versuchen, durchKreativitätstechniken zu neuen Lösungsmöglichkeiten zu kommen.Rational-systematische Methoden setzen an einer Analyse des zurProblemlösung zu betrachtenden Systems an und zielen „top-down“auf die Ableitung geeigneter Lösungsverfahren.In beiden Richtungen sind schließlich Bewertungen vorzunehmen und ist eineAuswahl zwischen den möglichen Optionen zu treffen (sowohl unter den Kriterientechnischer Funktionalität als auch unter außertechnischen Kriterien wieWirtschaftlichkeit, Kundenakzeptanz oder Umweltverträglichkeit). Aus diesemGrund gehören auch Bewertungs- und Auswahlmethoden zum Spektrum dergestaltungsorientierten technikwissenschaftlichen Methoden.

Methoden (III)

Probleme (I)

(aus: Banse, G.; Wendt, H. (Hg.): Erkenntnismethoden in den Technikwissenschaften. Berlin 1986, S. 48)

Probleme (II)

- Datenerfassung und deren theoretische Auswertung- Reduktion zu erfassender (zu berücksichtigender) Einflussfaktoren - Einbeziehung empirisch ermittelter Werte in theoretischen Ansätzen - Aufdeckung von Gültigkeitsgrenzen bisheriger

Berechungsgrundlagen und theoretischer Ansätze („Verstoß in technisches Neuland“)

- Berücksichtigung des Streufeldes von Charakteristika und Kenngrößen

- Auswertung von Betriebserfahrungen mit gleichartigen Bauteilen zur Informationsgewinnung

Typische Problemsituationen in den Technikwissenschaften

Probleme (III)Lösungswege (a)

natur- und technikwissenschaftlich determinierte Beschreibung der

jeweiligen Elementarbeziehungen, Elementarprozesse usw.

Messung bestimmter Kenngrößen als Erscheinung bestimmter Elementarbeziehungen und Herleitung von statischen

Ableitungen für Anhängigkeiten daraus folgt:

mathematische Gleichung, aus der bestimmter Einzelzustände abgeleitet werden (können)

DEDUKTIONgünstig:- Gleichungen mit breitem

Gültigkeitsbereich - Zahl der Kenngrößengleichungen

kann klein gehalten werden - elegante

Übertragungsmöglichkeiten

daraus folgt:aus Einzelzuständen werden

statistische Funktionsgleichungen abgeleitet

INDUKTIONgünstig:- gute Praxisnähe der Kenngrößen-

vorrausberechnung bei ausreichender Genauigkeit

Probleme (IV)

Lösungswege (b)

ungünstig: - zur mathematischen Beschreibung

sind Vereinfachungen / Idealisie-rungen vorzunehmen

- formulierte Zusammenhänge fordern Eigenschaftsparameter, die nicht zur Verfügung stehen

ungünstig:- enger Definitionsbereich der auf

diese Weise gewonnenen Gleichungen

- hoher experimenteller Aufwand

.Planbarkeit von Operationsklassen (I)

Operationsklassen Stereotyp, Routine

planbare/ geplante Operationsfolgen

Intuition

Betrachtungs-gesichtspunkt

strikt unscharf algorithmisch

Grad der Planbarkeit

nicht sinnvoll zu untersetzen

logisch-mathema-tisch planbar

heuristisch planbar

nicht planbar

Mittel zur Leistung der Operation

Aufruf (Name)Abruf (Adresse)

Programm-ablaufplan Algorithmus

Vorschriften-folgeMuster

Vorschriften zur Problem-formulierung

(nach: Müller, J.)

Planbarkeit von Operationsklassen (II)

Auf diese Weise kann man sinnvoll zwischen - Algorithmus (algorithmische Methode) und - Heurismus (heuristische Methode) differenzieren.

Algorithmus: eindeutiges gedankliches Verfahren zur Transformationeiner gegebenen Größe in eine gesuchte bzw. angestrebte Größe.Mittels der algorithmischen Methode wird ein angestrebtes undgewolltes Ergebnis, von gegebenen Anfangsbedingungen her, in„normierter“ Weise – und (damit) vorhersagbar – in einer endlichenAnzahl von Schritten erreicht.

Ausgangspunkt ist die Glaubwürdigkeit, mit der zum Zeitpunkt t0vorausgesagt werden kann, ob das angestrebte Ergebnis (dasangestrebte Ziel, der angestrebte Zweck) zum Zeitpunkt t1 eintretenwird.

Ein Heurismus unterscheidet sich vom Algorithmus dadurch, dass ihmdie Garantie für das Lösen bzw. Finden der Lösung einer gegebenenAufgabenstellung fehlt.

Ein Heurismus ist eine endliche, geordnete Menge von Vorschriften, die– adäquat angewendet – das anzustrebende Ergebnis zwar nicht sichererreichen lässt, aber doch bewirkt, dass der gedanklicheBearbeitungsprozess zielstrebiger, sicherer bzw. effektiver verläuftHeurismen sind „Anweisungen“ (d.h. Grundsätze, Prinzipien, undVerfahren), mit deren Hilfe Neues gefunden werden kann, methodischeRegeln, um aus vorhandenem Wissen neue Erkenntnisse „herleiten“ zukönnen.

[Rolle von Nichtwissen, Ungewissheit, Unsicherheit]

Planbarkeit von Operationsklassen (III)

Erfolgreiche Handlungen im Sinne ziel- und zweckgerichteterTätigkeiten sind (auch imUmgang mit Technik) dadurch charakterisiert, dass- das angestrebte Ziel erreicht, der angestrebte Zweck realisiert wird

(erwünschte, intendierte Folgen, Folgen 1. Ordnung);- zugleich weitere, nicht angestrebte (vorhersehbare wie nicht-

vorhersehbare) Folgen, Effekte, Wirkungen eintreten (können) (nicht-erwünschte, nicht-intendierte Folgen);

- im Zeitverlauf sich die Folgen 1. Ordnung wandeln und damitunvorhergesehene (auch unvorhersehbare), zumeist unerwünschteFolgen, Effekte, Wirkungen eintreten (können), etwa additiver,kumulativer oder synergetischer Art (Folgen 2., 3., … Ordnung).

Konsequenz: Umgang mit (graduellem) Nichtwissen / Handeln unter(nicht-eleminierbarer) Unsicherheit / Unbestimmtheit / Ungewissheit.

Planbarkeit von Operationsklassen (IV)

Methoden in den Technikwissenschaften (I)

(1) In den Technikwissenschaften und in der Ingenieurtätigkeit gibtes eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden

(2) In jede „komplexe Methode“ (z.B. experimentelle Methoden,Modellmethode, „Erfinden“, Projektierung…) gehen„elementare Methoden“ ein (z.B. Vergleich, Analyse,Abstraktion, Klassifikation,…)

(3) Methoden existieren nicht isoliert, sondern im System

(4) Es gibt keine Methode ohne eine zugrunde liegende Theorie

(5) Ausgangspunkt für den Methodenansatz ist eine objektiveProblemsituation, ein Wissensdefizit

(6) Methoden der Ingenieurtätigkeit sind an die Funktion derTechnik (Befriedigung von Bedürfnissen) gebunden

Methoden in den Technikwissenschaften (II)Methodologische Erfordernisse

(1) Berücksichtigung der Komplexität- Berücksichtigung der Vielfalt von Einflussfaktoren, Abhängigkeiten

und Lösungsmöglichkeiten- Berücksichtigung der vielfältigen Kopplungsmöglichkeiten und

wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen den konstituierendenElementen bzw. Elementarprozessen

(2) Ganzheitsbetrachtung- Die Gegenseitigen Verflechtungen der einzelnen Strukturen und

Prozesseinheiten sind von der übergreifenden Zielstellung her zuanalysieren und zu synthetisieren

(3) Tätigkeitsbezogene Herangehensweise- Orientierung auf die Bearbeitbarkeit der Aufgabenstellung mit den

verfügbaren Mitteln- Bereitstellung eines solchen Wissens, das für die auszuführenden

Tätigkeiten relevant ist (über auszuführende Tätigkeiten,anzuwendende Methoden, dafür erforderliche Mittel,anwendungsgerechte „Ausarbeitung“ vorhandenen Wissens)

Methoden in den Technikwissenschaften (III)experimentelle Methode

(1) Herleitung der im Experiment zu beantwortenden Frage. Sie folgt aus dem bestehenden Informationsmangel und der gegebenen Situation

(2) Präzisierung der aus der Frage erwachsenden experimentellen Aufgabenstellung(3) Festlegung des experimentellen Verfahrens (d. h. der methodischen

Vorgehensweise)(4) Gedanklicher Entwurf der experimentellen Anordnung, die geeignet erscheint, das

Verfahren zu realisieren (Versuchsstand); eventuell Rückkopplung in (3)(5) Realisierung des Entwurfs der experimentellen Anordnung (Bau, Test, Einmessen

usw.)(6) Durchführung des Experiment:

- Abarbeiten des Versuchsprogramms (einschließlich der notwendigen Rückkopplungen und Schleifen)

- Beobachten der Reaktionen und Verhaltensweisen- Registrieren (Klassifizieren oder Messen) der unter (3) festgelegten

Zustandsgrößen (Eigenschaften, Relationen, Verhalten, Wechselwirkungen, Nebenwirkungen)

(7) Ordnen, Zusammenstellen, Darstellen, Verdichten, „Kritisieren“ der gewonnenen Informationen

(8) Auswertung der experimentellen Daten hinsichtlich der experimentellen Fragestellung aus (1), von der ausgegangen wurde

Methoden in den Technikwissenschaften (IV)Messen und Messung

Methoden in den Technikwissenschaften (V)

Modell und Modellierung (a)

(mathematische) Modelle sind Abbildungen von Strukturen, Funktionen und Zusammenhänge eines Originals in zielgerichteter, reduzierter und handhabbarer Form

Hauptmerkmale von Modellen sind (nach H. Stachowiak): - das Abbildungs- und Repräsentationsmerkmal - das Verkürzungsmerkmal - das Subjektivierungsmerkmal

Methoden in den Technikwissenschaften (VI)

Modell und Modellierung (b)

- Modelle erfüllen ihre „Stellvertreter“-Funktion für bestimmte –erkennende und/oder handelnde, modellbenutzende – Subjekte, deshalb ist es durch seine Beziehung zu dem, wovon es Modell ist, und dem, wofür ein Modell ist, bestimmt.

- Bei der Modellierung werden die entsprechend der Ziel- und Zwecksetzung wichtigen und interessierenden Strukturen, Funktionen und Zusammenhänge des Originals herausgehoben, von anderen wird bewusst abgesehen.

- Im Prozess mit der Arbeit mit dem Modell werden neue Informationen gewonnen, deren Übertragbarkeit auf das Original nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich ist.

- „Validierung“ von Modellen durch „realweltlichen“ Vergleich.

Methoden in den Technikwissenschaften (VII)

Technische Simulation (a)

- (i. w. s.) Problemlösungsmethode unter Verwendung von Modellexperimenten

- (i. e. s.) Problemlösungsmethode, wobei ein Computer auf der Basis eines mathematischen Modells oder mehrerer mathemati-Teilmodelle- oft mit darauf abgestimmter Software- sowohl als Modell als auch zur Unterstützung des Experimentierens (computergeschütze experimentelle Problemlösung) zunehmend interaktiv bzw. im Dialog genutzt wird

Methoden in den Technikwissenschaften (VIII)

Technische Simulation (b)

Anwendungsbereiche

- Überführung theoretischer Erkenntnisse in die technische Praxis - Beherrschung technologischer Prozesse- Objektivierung von Wegen, Bedingungen und Ziele technischen

Handelns - Unterstützung von Entscheidungsfindung - Erklärung beobachtbarer Erscheinungen- Überprüfung von Vorgehensweisen und Strategien- Variation von Parametern, Elemente und Kopplungen- Optimierung von Strukturen, Prozesse, Verfahren

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24.06.2013 Technisches Herstellungshandeln II: Erkenntnisprozesse und Erkenntnismethoden in den Technikwissenschaften II [Banse]