Ingo Rechenberg

PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Evolutionsstrategie I“

Logik des Experimentierens und Optimierens -

Starke und Schwache Kausalität

Kybernetisches Modell „Schwarzer Kasten“

?

Symbol für ein Versuchobjekt

Analyse des Modells „Schwarzer Kasten“

?A

ktio

nsp

ole

Reakti

on

spole

Akt

ion

Reakt

ion

Unsichtbare innere

Struktur

4 Realisierungen des „Schwarzen Kastens“

1. Tragflügelprofil

2. Stabtragwerk

3. Regelkreis

4. Magisches Quadrat

1. Versuchsobjekt „Tragflügel“

Auftrieb

A

Widerstand

W

Profilkoordinaten yo yu

AktionReaktion

2. Versuchsobjekt „Stabtragwerk“

Knotenkoordinaten x y

AktionReaktion

G1

G3

G2

…Stabgewichte

3. Versuchsobjekt „Regler“

Regler Strecke

Stellgröße y Regelgröße xSollwert w

Störgröße z

P I D

Proportionalanteil

Integralanteil

Differentialanteil

x (t)

AktionReaktion

Regelgröße

4. Versuchsobjekt „Magisches Quadrat“

Aktion

19

19

19

19

19

19

19

19

19

S1

Reaktion

S2

S3

S4 S5 S6

S7 S 8

Feldzahlen

Zeilen-, Spalten- und Diagonalensummen

?!

Die drei Fragen an einen schwarzen Kasten

WAS

?!WAS

1. Frage an ein Versuchsobjekt

WAS ist die Reaktion auf eine vorgegebene Aktion? Forschungsziel ist die Sammlung von Daten über das Objektverhalten. Die Frage: „Was kann man in Erfahrung bringen?“ steht am Anfang einer jeden empirischen Forschung im wissenschaftlichen wie auch im technischen Bereich.

! ? !

?!

Die drei Fragen an einen schwarzen Kasten

WAS

WARUM

!!WARUM

2. Frage an ein Versuchsobjekt

WARUM ist die Reaktion auf eine Aktion in der beobachteten Weise erfolgt? Forschungsziel ist, eine erklärende Beschreibung des Aktions-Reaktions-Mechanismus innerhalb des schwarzen Kastens zu geben. Der Forscher sucht nach einem Modell, das die innere Struktur des schwarzen Kastens gut simuliert. Die Frage: „Warum kommt dieses oder jenes Phänomen vor?“ ist Ausgangspunkt der wissenschaftlichen Grundlagenforschung.

?

!

!

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? !

?!

Die drei Fragen an einen schwarzen Kasten

WAS

WARUM

WOMIT

? !WOMIT

3. Frage an ein Versuchsobjekt

WOMIT (durch welche Aktion) kann eine vorgegebene Reaktion erhalten werden? Forschungsziel ist in diesem Fall, das Versuchsobjekt derart zu verändern, dass eine gewünschte Wirkung erreicht wird. Die Frage: „Womit kann man eine bestimmte Wirkung erzielen?“ ist das Hauptproblem der technischen Entwicklung.

Formulierung einer Wunschfunktion (=

Qualitätsfunktion) durch den

entwickelnden Ingenieur

1. Qualitätsfunktion „Tragflügel“

Auftrieb

A

Widerstand

W

Profilkoordinaten yo yu

MaxWA

Q

2. Qualitätsfunktion „Stabtragwerk“

Knotenkoordinaten x y

G1

Gi

G2…

Stabgewichte

Min42 iii dlGQ

3. Qualitätsfunktion „Regler“

Regler Strecke

Stellgröße y Regelgröße xSollwert w

Störgröße z

P I D

Proportionalanteil

Integralanteil

Differentialanteil

x (t)

Mind)(0

T

ttxwQ

4. Qualitätsfunktion „Magisches Quadrat“

19

19

19

19

19

19

19

19

19

S1

S2

S3

S4 S5 S6

S7 S 8

Feldzahlen

Zeilen-, Spalten- und Diagonalensummen

Min1528

1

i

iSQ

Experimentierobjekt

Stellkasten mit Qualitätsanzeige

Zum Eingangs- Ausgangsverhalten eines Versuchsobjekts

Kausalität

Schwache Kausalität

Starke Kausalität

In einer Welt ohne Ordnung sind Strategien nutzlos

Schwach kausal

Strategien arbeiten stets auf einer Weltordnung

Stark kausal

Versuchsebene

Experimentator

Modell für ein einfaches Forschungsproblem

Optimallösungen

Einzugsgebiete von Innovationsgipfeln

Mehrgipfelige Entwicklungs- und Optimierungslandschaft

Qx ?

IntuitionStrategie

VersuchsobjektQualitätsmessungVerstellbarkeitExperimentierkreis

Ende