Sitzungsthema Systemtheorie

--- tags: Elektrotechnische & Maschinentechnische Grundlagen title: Sitzungsthema Systemtheorie description: ... image: set note default image (for link preview) robots: noindex, nofollow lang: de slideOptions: parallaxBackgroundImage: 'https://s3.amazonaws.com/hakim-static/reveal-js/reveal-parallax-1.jpg' parallaxBackgroundSize: '2100px 900px' # Transition style for full page slide backgrounds: none/fade/slide/convex/concave/zoom # Number of pixels to move the parallax background per slide # - Calculated automatically unless specified # - Set to 0 to disable movement along an axis parallaxBackgroundHorizontal: 150 parallaxBackgroundVertical: 150 backgroundTransition: 'fade' # transition options: none/fade/slide/convex/concave/zoom transition: slide # Display a presentation progress bar progress: true # Display the page number of the current slide slideNumber: false # Enable the slide overview mode overview: true spotlight: enabled: true ---    <div style="float: left;"> <img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Logo_Werken_Grundschule.svg" alt="Logo Werken Grundschule" width="190" /> </div> # Seminar: Elektrotechnische & Maschinentechnische Grundlagen ## Sitzung: Systemtheorie > *Dr. Stefan Blumenthal* --- ## Ziele für heute: - [ ] Aneignung von Wissen über verschiedene technische Systeme - [ ] Anwendung der Systembegriffe auf konkrete Beispiele --- *Hinweis: Die heutige Sitzung bezieht sich auf Arbeiten von Ropohl (2009) sowie des VDI (2007)* --- ## Systemtheorie Um eine greifbare Einheit zu haben, mit der man sich auseinandersetzen kann, wird häufig der Begriff des „Systems“ genutzt. Nachfolgend werden wir uns entsprechend mit verschiedenen Systemen beschäftigen. Dabei erfolgt eine Eingrenzung der Allgemeinen Systemtheorie als philosophische Perspektive auf einen teschnikbezogenen Blickwinkel. Diese Einengung auf technische Systeme soll das Verstehen von Prinzipien und Funktionen erleichtern. Wer sich näher mit Herleitung der Systembegriffe beschäftigen möchte, sei auf das Buch von [:link: Ropohl (2009)](https://library.oapen.org/bitstream/id/047d7375-77dd-49f7-9505-2015bbf23445/422388.pdf) verwiesen. > [name=Duden, Technik - Basiswissen Schule] [color=red] „Ein technisches System ist eine abgeschlossene technische Einheit, die mit ihrer Umwelt in Verbindung steht. Es besitzt eine Struktur, erfüllt technische Funktionen, zeigt ein bestimmtes Verhalten und ist in eine Hierarchie eingeordnet.“ Technische Systeme sind demnach als abstrakte Modellvorstellungen zu verstehen, die universell auf jeden technischen Sachverhalt anwendbar sind. Es werden verschiedene technische Systeme unterschieden. Nachfolgend soll es um folgende Systeme gehen:  ```graphviz {engine="dot"} digraph hierarchy { nodesep=0.5 node [color=black,fontname=Arial,shape=oval] edge [color=black, style=dashed] "Technisches System"->{"Handlungssysteme" Sachsysteme "Soziotechnische Systeme" "Technische Arbeitssysteme"} {rank=same;"Handlungssysteme" Sachsysteme "Soziotechnische Systeme" "Technische Arbeitssysteme"} } ``` --- ## Handlungssysteme <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/us47btt.png" alt="Handlungskreis" width="300" /> *(Quelle: [:link: Ropohl (2009, S. 100)](https://library.oapen.org/bitstream/id/047d7375-77dd-49f7-9505-2015bbf23445/422388.pdf))* </div> Handlungssysteme beschreiben strukturierte Aktivitäten die beispielsweise notwendig sind, um in Zielsystemen festgelegte Sachsysteme zu erstellen. Sie betreffen damit insbesondere die Ressourcen, die Organisation und die Abläufe. Ein Handlungssystem weist Funktionen, eine Struktur und eine Umgebung auf. Zum Handlungssystem gehört Alles, was erforderlich ist, damit eine Handlung überhaupt zustande kommt. Die Umgebung umfasst alle diejenigen Gegebenheiten, mit denen das Handlungssystem in Beziehung steht oder in Beziehung treten kann; Gegebenheiten der Umgebung mögen natürliche, technische oder gesellschaftliche Phänomene sein. Zerlegt man die Handlungsfunktion, ergeben sich mehrere Subsysteme: Das Informationssystem (IS) das Ausführungssystem (AS) und das Zielsetzungssystem (ZS). Dieses abstrakte Modell der Handlungssystemtheorie kann zur Beschreibung menschlicher Handlungssysteme genutzt werden. Dabei ist von einer Hierarchie auszugehen, in der z.B. Individuen in Organisationen, Organisationen in Gesellschaften und Gesellschaften in einer Weltgesellschaftgeordnet sind. <div style="clear: both"></div>   :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Sicherlich finden sich in Ihrem Alltag verschiedene Handlungssysteme. Welche fallen Ihnen ein? Versuchen Sie eins Ihrer persönlichen Handlungssysteme entsprechend der in der Abbildung dargestellten Schritte zu beschreiben. ::: --- ## Technische Sachsysteme Sachsysteme sind die Objekte der Handlungssysteme. In technischer Hinsicht versteht man darunter die Produkte, Teile, Anlagen, Maschinen usw. Im Kontext der Technik rekurrieren Sachsysteme damit auf den engen Technikbegriff. Sachsysteme sind künstlich, also von Menschen gemacht. Sachsysteme befinden sich grundsätzlich in einer natürlichen, einer technischen und einer gesellschaftlichen Umgebung. Inputs, Zustände und Outputs lassen sich den Kategorien Masse, Energie und Information zuordnen und treten in Raum und Zeit auf. <img src="https://i.imgur.com/jsgkKBN.png" alt="Technisches Sachsystem" width="800" /> *(Quelle: vgl. [:link: Ropohl (2009, S. 102)](https://library.oapen.org/bitstream/id/047d7375-77dd-49f7-9505-2015bbf23445/422388.pdf))* Sachsysteme lassen sich darüber hinaus auf Basis ihrer Funktion in Klassen unterteilen. Hierbei werden die Wandlung, der Transport und die Speicherung unterschieden. Im Zusammenspiel mit der Einteilung nach verwendeten Outputs ergibt sich ein zweidimensionales Klassifikationssytem für technische Sachsysteme, das in der nachfolgenden Tabelle abgebildet ist: ||Umwandlung (Produktions-technik)|Transport (Transporttechnik)|Speicherung (Speicherungs-technik)| |---|---|---|---| |**Masse (Materialtechnik)**|Verfahrenstechnik, Fertigungstechnik|Fördertechnik, Verkehrstechnik, Tiefbautechnik|Lagertechnik, Hochbautechnik| |**Energie (Energietechnik)**|Energie-wandlungstechnik|Energie-übertragungstechnik|Energiespeicher-technik| |**Information (Informationstechnik)**|Informations- verarbeitungs-technik, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik|Informations- übertragungstechnik|Informations-speicherungs-technik| Jede Zeile des Schemas entspricht einer bestimmten Outputkategorie. Jede Spalte des Schemas umfasst alle diejenigen Sachsysteme, die der betreffenden Funktionsklasse zuzurechnen sind. Die einzelnen Bereiche der Sachtechnik werden dann dadurch definiert, dass man die Zeilen des Schemas mit den Spalten kreuzt. So erhält man neun Felder, die jeweils eine bestimmte Klasse von Sachsystemen bestimmen. :::info :page_facing_up: **Aufgabe** 1. Ordnen Sie den nachfolgend aufgeführten Systemen den entsprechenden Output und ihre jeweilige Funktion zu. *Legende: In-/Output: Stoff (S), Energie (E), Information (I) Funktion: Umwandeln (u), Transportieren (t), Speichern (s)*   |System|Output|Funktion|System|Output|Funktion| |---|---|---|---|---|---| |Dampfmaschine|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Bohrmaschine|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| Taschenrechner|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Scanner|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| Klärwerk|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Backofen|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| |Kran|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Elektromotor|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| |LKW|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Beleuchtung|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| |Kühlschrank|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Schere|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| |Heizung|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s|Monitor|<input type="checkbox">S <input type="checkbox">E <input type="checkbox">I|<input type="checkbox">u <input type="checkbox">t <input type="checkbox">s| :::info :::spoiler Hier klicken, um das Padlet einzublenden <iframe width="100%" height="500" src="https://padlet.com/stefanblumenthal/sachsystem" frameborder="0" scrolling="auto"></iframe> ::: --- ## Soziotechnische Systeme > [name=Sydow (1985)] [color=red] „Ein soziotechnisches System ist eine organisierte Menge von Menschen und Technologien, die in einer Weise strukturiert sind, um ein spezifisches Ergebnis zu produzieren.“ Soziotechnische Systeme sind dem mittleren Technikbegriff zuzuordnen. Sie umfassen künstlich gemachte Gegenstände und menschliches Handeln, das mit diesen Artefakten in Beziehung steht.   <img src="https://i.imgur.com/GYIC9bE.png" alt="Soziotechnisches System" width="800" /> *(Quelle: vgl. [:link: Ropohl (2009, S. 102)](https://library.oapen.org/bitstream/id/047d7375-77dd-49f7-9505-2015bbf23445/422388.pdf))* Das technische System umfasst einerseits die realen, also dinglichen Gegenstände, wie technische Anlagen und Maschinen (Betriebsmittel). Dazu gehört aber z. B. auch deren Instandhaltung und die durch die Technik bestimmten Anteile des Durchsatzes von Input zu Output. Dies können Materialien sein, die Materialversorgung, aber auch räumliche Bedingungen und die technischen Vorgehensweisen und Methoden. :::success **Beispiel:** EDV-Anlage Systemzweck: Steuerbescheide nach Programm bearbeiten und drucken ::: Das soziale System umfasst zudem die Menschen, die am System und dem Durchsatz von Input zu Output beteiligt sind. Teil des sozialen Systems sind auch ihre Bedürfnisse, ihre Fähigkeiten, Fertigkeiten, Qualifikationen und Kompetenzen. Das soziale System umfasst auch die formellen und informellen Beziehungen zwischen den Beteiligten Menschen oder Gruppen :::success **Beispiel:** Besprechung Systemzweck: informieren, koordinieren ::: Beide Teilsysteme wirken zusammen, um die Primäraufgabe, also die eigentliche „Arbeitsaufgabe“ des Systems zu erfüllen :::success **Beispiel:** Arbeitsplatz am PC Systemzweck: Briefe schreiben, E-Mail verschicken ::: Aus dieser Primäraufgabe ergeben sich in der Regel weitere Aufgaben zur Erhaltung des Systems oder zu dessen Regelung. Soziotechnische Systeme sind offene, dynamische Systeme. Sie können sich verändern und stehen in Wechselwirkung mit ihrer Umwelt. Ein besonderes Merkmal von soziotechnischen Systemen ist demnach in der Rückkopplung zu sehen. Das Verhalten des Systems bzw. dessen Ergebnis beeinflusst entsprechend das zukünftige Verhalten. Dies kann bewusst oder zwangsläufig erfolgen: |bewusst gestaltete Rückkopplung|zwangsläufige Rückkopplung| |---|---| |gezielte Informationen für eine Steuerung und Regelung des soziotechnischen Systems|aus der Struktur des Systems und nicht gezielt positiv im Sinne der Zielerreichung gerichtet| :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Welche Beispiele sind soziotechnische Systeme? Warum bzw. warum nicht? - Supermarkt - Werkstatt - Familie vor dem Fernseher - Computer - Staubsaugerroboter ::: --- ## Arbeitssysteme Ein Arbeitssystem bezeichnet ein System zur Erfüllung von bestimmten Arbeitsaufgaben: > [name=Grundsätze der Ergonomie für die Gestaltung von Arbeitssystemen (DIN EN ISO 6385:2004)] [color=red] „System, welches das Zusammenwirken eines einzelnen oder mehrerer Arbeitender/Benutzer mit den Arbeitsmitteln umfasst, um die Funktion des Systems innerhalb des Arbeitsraumes und der Arbeitsumgebung unter den durch die Arbeitsaufgaben vorgegebenen Bedingungen zu erfüllen.“ Nach REFA (Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation und Unternehmensentwicklung) kann ein Arbeitssystem über sieben Systemgrößen beschrieben werden: <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/3z4ixNn.png" alt="REFA-Arbeitssystem" width="400" />  </div> 1. **Eingabe:** Material, Arbeitsgegenstände, Informationen und Energie, die im Sinne der Arbeitsaufgabe verwendet oder verändert werden 2. **Ausgabe:** verändertes Material etc., das nach Durchführung der Arbeitsaufgabe das System verlässt 3. **Arbeitsaufgabe:** beschreibt Zweck des Arbeitssystems und ist die Aufforderung, Tätigkeiten auszuüben 4. **Arbeitsablauf:** Konkretisierung der Aufgabe, räumliche und zeitliche Abfolge des Zusammenwirkens von Mensch und Betriebsmittel 5. **Mensch:** Personen, die den Arbeitsablauf steuern oder selbst vornehmen 6. **Betriebsmittel:** eigentliche Kapazitäten des Arbeitssystems, wandeln Eingabe in Ausgabe um 7. **Umwelteinflüsse:** physikalische, chemische, biologische, soziale und organisatorische Einflüsse aus der Umwelt des Systems Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem REFA-Arbeitssystem. <div style="clear: both"></div> :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Lesen Sie das folgende Beispiel aufmerksam durch. Welche Textpassagen beziehen sich auf den Aspekt: - der Eingabe? - der Ausgabe? - der Arbeitsaufgabe? - des Arbeitsablaufs? - den Mensch? - das Betriebsmittel? - der Umwelteinflüsse?   **Beispiel** *An einer Universal-Fräsmaschine Nr. 36 ist an einem Werkstück eine Form zu fräsen. Hierzu müssen aus der Werkzeugausgabe der Form-Fräser besorgt, die Maschine auf- und abgerüstet und der Fräser wieder abgeliefert werden. Der Arbeitsausführende ist Herr Berger, Personal-Nr. 1636, 43 Jahre alt, Facharbeiter und für die Qualität der Arbeitsausführung selbst verantwortlich. Er erhält den schriftlichen Arbeitsauftrag einschl. einer Zeichnung vom Meister angeliefert. Alle Spannwerkzeuge befinden sich am Arbeitsplatz. Die Universal-Fräsmaschine steht in einer Halle mit weiteren 60 in Betrieb befindlichen Werkzeugmaschinen.* ::: :::warning :::spoiler Lösungsvorschlag {%youtube HkepPt79Muw %} ::: --- ## Wie war das noch? - Übungsfragen <iframe src="https://learningapps.org/watch?v=phb57h6h321" style="border:0px;width:100%;height:500px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> --- ## Selbsteinschätzung Inwieweit haben Sie die Ziele für diese Einheit erreicht? |Ziele|:smiley:|:confused:|:disappointed:| |---|---|---|---| |Aneignung von Wissen über verschiedene technische Systeme|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Anwendung der Systembegriffe auf konkrete Beispiele|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| :::info :mega: Sollte Ihnen ein Ziel zu kurz gekommen sein oder wenn Sie jegliches Feedback oder Kritik haben, nutzen Sie bitte die Kommentarfunktion und geben Sie mir Hinweise zum Überarbeiten. ::: --- ## Grundgelegte Literatur: Ropohl, G. (2009). *Allgemeine Technologie. Eine Systemtheorie der Technik* (3. überarb. Aufl.). Universitätsverlag Karlsruhe. Verein Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) (2007). *Bildungsstandards Technik für den Mittleren Schulabschluss* VDI. <!--https://library.oapen.org/bitstream/id/047d7375-77dd-49f7-9505-2015bbf23445/422388.pdf https://www.edugroup.at/fileadmin/DAM/eduhi/data_inhalt_eduhiatdl/Bildungsstandards_VDI_Technik_Sek_I_2007.pdf