Die wichtigsten Naturgesetze einfach erklärt. Übungen an Modellregelstrecken, Komplexität, Übungen für ein vernetztes Denken.

1. 2013
Peter Kainhofer
Vernetztes Denken
WORKSHOP
Ideen und Werkzeuge für einen neuen
Umgang mit Komplexität

2. Workshop Vernetztes Denken
Kursziele / Inhalte Seite 2 von 30
Vernetztes Denken
Kursziele
Dieser Workshop ist vor allem für jene Menschen bestimmt, die einen Lehrberuf innehaben oder
anstreben. Und er ist für jene Menschen bestimmt, die eine Führungsposition innehaben oder
anstreben. In diesem Workshop lernen die Teilnehmer die wichtigsten Naturgesetze verstehen,
welche die Voraussetzung für den prinzipiellen Umgang mit komplexen Systemen sind.
Inhalt
• Die wichtigsten Naturgesetze
• Verhalten von Regelstrecken und Regelkreisen
• Trendanalysen
• Thermodynamik, praktische Beispiele und Übungen
• Vernetzte Regelkreise durch Einbindung der Thermodynamik
• Vernetztes und gesamtheitliches Denken
• Die acht Grundregeln der Biokybernetik
Dauer des Kurses
30 Std.
Voraussetzung
Workshop Grundlagen der prozesstechnischen Regelungstechnik

3. Workshop Vernetztes Denken
Übungsaufbau Seite 3 von 30
Vernetztes Denken
Aufbau der Übungsplätze
Abbildung 01 Aufbau der Übungsplätze
Prozessleitsystem Freelance
for education

4. Workshop Vernetztes Denken
Inhaltsverzeichnis Seite 4 von 30
Vernetztes Denken
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung............................................................................................................................ 5
2 Die wichtigsten Naturgesetze ............................................................................................. 6
3 Verhalten von Regelstrecken und Regelkreisen................................................................. 8
3.1 Übung 3.1: Aufnahme der Sprungantwort einer Regelstrecke 4. Ordnung ............................8
3.2 Übung 3.2: Optimieren einer Regelstrecke 4. Ordnung..........................................................9
3.3 Regelung in der Natur.............................................................................................................9
3.4 Erstellen von Bauernregeln.....................................................................................................9
4 Trendanalysen................................................................................................................... 10
4.1 Trendanalysen in der Technik...............................................................................................10
4.2 Trendanalysen in der Natur...................................................................................................12
5 Thermodynamik, praktische Beispiele und Übungen....................................................... 15
6 Vernetzte Regelkreise....................................................................................................... 16
7 Vernetztes und gesamtheitliches Denken ......................................................................... 18
8 Die acht Grundregeln der Biokybernetik.......................................................................... 25
9 Literaturverzeichnis.......................................................................................................... 29
10 Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... 30

5. Workshop Vernetztes Denken
Einleitung Seite 5 von 30
Vernetztes Denken
1 Einleitung
Aus dem Buch „Die Kunst vernetzt zu denken“ von Prof. Frederic Vester
(Vester, Frederic, 2011) (1)
Wir leben in einer Welt, deren ineinandergreifende Abläufe für unseren menschlichen Geist schon
immer schwer zu begreifen waren – seien es die Nahrungsnetze lebender Organismen, das komple-
xe Spiel der Naturkräfte oder die weit greifende wirtschaftliche Vernetzung. Die exponentiell ange-
stiegene Menschendichte und in ihrem Gefolge die als Fortschritt deklarierten immer stärkeren Ein-
griffe in den Naturhaushalt und in die menschliche Lebensqualität durch technologische Entwick-
lungen haben diese Wechselwirkungen so verdichtet, dass sie zu verstehen trotz aller wissenschaft-
lichen Erkenntnisse mit jedem Tag schwieriger zu werden scheint. In einer solchen Situation wächst
natürlich die Hemmschwelle, sich überhaupt mit komplexen Abläufen zu befassen. Die zunehmen-
den Krisen und Umweltkatastrophen zeigen aber, dass es höchste Zeit ist Fortschritt nicht länger
nur auf der materiellen oder gar technokratischen Ebene zu sehen, sondern in einer neuen Ebene
unseres Denkens, das dem veränderten Zustand unserer dicht bevölkerten Erde adäquat ist.
An der Schwelle zum dritten Jahrtausend und angesichts der von uns innerhalb weniger Jahrzehnte
geschaffenen globalen Situation dürfte es somit an der Zeit sein einmal innezuhalten und uns auf
ein neues Paradigma einzustellen, das sich an den auf unserem Planeten herrschenden Systemge-
setzmäßigkeiten orientiert. Denn ehe wir uns und unseren Lebensraum einer immer unkontrollierte-
ren Entwicklung aussetzen, sollten wir versuchen, unsere Welt in ihrer tatsächlichen Vernetzung zu
sehen, um mit den technologischen Möglichkeiten, die wir entwickelt haben, nicht weiterhin unbe-
kümmert zu hantieren, sondern sie ab jetzt mit Systemverständnis einzusetzen.
Was wir dazu brauchen, ist eine neue Sicht der Wirklichkeit: die Einsicht, dass vieles
zusammenhängt, was wir getrennt sehen, dass die sie verbindenden unsichtbaren Fä-
den hinter den Dingen für das Geschehen in der Welt oft wichtiger sind als die Dinge
selbst.
Denn wo immer wir auch eingreifen, pflanzt sich die Wirkung fort, verliert sich, taucht irgendwo
anders wieder auf oder wirkt auf Umwegen zurück: Die Eigendynamik des Systems hat das Ge-
schehen in die Hand genommen. Eine Korrektur am Ausgangspunkt ist nicht mehr möglich.
Um zu erfassen, was unsere Eingriffe in einem komplexen System bewirken, kom-
men wir nicht umhin, das Muster seiner vernetzten Dynamik verstehen zu lernen.
Frederic Vester zählt zu den weltweit wichtigsten kybernetischen Denkern, ein unermüdlicher
Kämpfer für einen interdisziplinären und ganzheitlichen Ansatz.
Prof. Dr. Dr. h.c. Frederic Vester, Bio-Kybernetiker und Umweltpionier Ziel von Frederic Vesters
Lebenswerk war es, den Menschen verständlich zu machen, wie unsere Welt ein vernetztes System
bildet und die Art von „Vernetztem Denken“ zu lehren, die er als grundlegende Notwendigkeit an-
sah, um mit diesem komplexen System umgehen zu können.

6. Workshop Vernetztes Denken
Die wichtigsten Naturgesetze Seite 6 von 30
Vernetztes Denken
2 Die wichtigsten Naturgesetze
1. Thermodynamik: (2)
Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Erhaltung der Energie:
Der erste Hauptsatz verallgemeinert den Energiebegriff und postuliert das Naturgesetz von der
Erhaltung der Energie. Er ist Grundlage für die Bilanzierung von Energien.
Energie kann nicht erzeugt, sondern nur umgewandelt werden.
Die Summe der Energien in einem geschlossenen System ist gleich Null.
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik: Entropie:
Die Erkenntnisse über irreversible Vorgänge sind im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik
zusammengefasst, der das Prinzip der Irreversibilität zum Ausdruck bringt.
Entropie ist das Maß der Unordnung in einem System. Je mehr Reibung auftritt, desto größer ist die
Entropie.
Je größer die Menschendichte, desto größer die Entropie. Ein wichtiges Argument für
Dezentralisierung, Aufklärung und Familienplanung.
2. Erkenntnisse der Quantenphysik: (3)
Materie ist wie Schlacke auf dem Meer von Information.
Materie ist eine Konzentration von Energie.
Zwischen Teilchen gibt es Information.
Unterschiedliche Energiepotenziale erzeugen Dynamik.
Ohne Dynamik existiert nur mehr Information.
Natürliche Materie ist sehr instabil. Beispiel: Stehen auf einem Bein ist ein instabiler Zustand.
Gehen auf zwei Beinen ist ein quasistabiler Zustand.
Ein Körper kann ohne Geist nicht funktionieren. Ein Computer kann ohne Software nicht
funktionieren.
„Mens sana in corpore sano“ – „Ein gesunder Geist ist in einem gesunden Körper“ lautet eine alte
römische Weisheit. Diese Weisheit gilt auch umgekehrt.
3. Regelung und Kybernetik: (1)
Ein System ist ein Gebilde, in dem Wechselwirkung auftritt. Wechselwirkung entsteht durch
Dynamik. Ein Atom ist ein System (Proton – Elektron), ein Haufen Sand ist kein System.
Dynamische Veränderungen werden durch Regelung entsprechend dem Amplituden- und
Zeitverhalten der Regelstrecke in einen quasistabilen Zustand gebracht.

7. Workshop Vernetztes Denken
Die wichtigsten Naturgesetze Seite 7 von 30
Vernetztes Denken
Nichts ist absolut und vollkommen gleich. Alles ist unscharf. Das Gehirn funktioniert durch
Vergleich von unscharfen Mustern.
Wie funktioniert unsere Natur? Wie funktioniert der Mensch? Wie entstehen höhere
Lebewesen?
Diese Fragen beschäftigen mich schon seit einigen Jahren. Ich versuche, meine Studien
zusammenzufassen und eine Antwort zu finden.
Da gibt es einmal das Naturgesetz der Thermodynamik. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
besagt, dass die Summe der Energien immer Null ergibt. Der zweite Hauptsatz besagt, dass durch
höhere Dichte mehr Reibung und deshalb mehr Unordnung erzeugt wird.
Dann gibt es das Naturgesetz der Regelung, das besagt, dass dynamische Veränderungen durch
Regelung in einen stabilen Zustand gebracht werden.
Und es gibt die Erkenntnisse aus der Quantenphysik, die besagen, dass Materie eine Konzentration
von Energie ist und dass zwischen Teilchen Information besteht. Unterschiedliche
Energiepotenziale erzeugen Dynamik.
Ich schließe daraus, dass ohne Dynamik eigentlich gar nichts existiert, außer Information. Erst
durch die Potenzialtrennung, z.B. Proton und Elektron in einem Atom, kommt es zu Dynamik. Und
durch Regelung kommt es zu einem stabilen Zustand. Wenn ein stabiler Zustand erreicht ist, kann
es durch andere Potenzialunterschiede wiederum zu einer zweiten Stufe führen, z.B. zur Bildung
eines Moleküls. Und so geht diese Entwicklung in die nächste Ebene und die Komplexität nimmt
mit jeder Ebene zu. Jede höhere Stufe kann erst in einem stabilen Zustand erreicht werden. Unter
besonderen Bedingungen, wie sie auf unserer Erde herrschen, kann sich dann aus
Wassermolekülen, Kohlenstoffmolekülen und anderen Verbindungen, lebendige (instabile) Materie
entwickeln. Durch diese zunehmende Komplexität ist im Laufe von ca. 3,5 Milliarden Jahren unsere
heutige Natur entstanden. Die Atmosphäre, die Meere, Flüsse und Seen, der fruchtbare Boden und
die Biosphäre.
Und alles hängt irgendwie zusammen, wie die Zahnräder in einem Uhrwerk. Nur dass man auch die
zeitlichen Veränderungen mit einbeziehen muss, wie bei Regelstrecken höherer Ordnung in der
Energietechnik.
Und alles zusammen ergibt wieder Null. Das ist so unglaublich phantastisch. Jedoch sehen wir, dass
mit steigender Komplexität die Regelung ebenfalls immer komplexer wird und dass Störeinflüsse,
die wir gerade produzieren, diese Stabilität aus dem Gleichgewicht bringen. Das ist für höhere
Lebewesen gleichzusetzen mit Selbstmord.