[ 1 ] Systemtheorie und Systemanalyse

0 LVA 1 Systemtheorie 2 Modellierung 3 Spieltheorie 

4 Zellulare Automaten 

1.1 Grundlagen 1.2 System - Raum 1.3 Kybernetik 1.4 Systemanalyse 1.5 Syst. Dynamics 

1.6 Bewertung 

Entwicklung der allgemeinen Systemtheorie 

 

 

 

 

 

 

Griechische Philosophie 

ARISTOTELES ("Das ganze ist mehr als die Summe seiner Teile") 

PLATO: Holistisches Prinzip (Ganzheit, Einheit) 

Moderne Wissenschaft der Neuzeit 

Atomistisches Prinzip (DESCARTES) gewinnt an Bedeutung Atomisierung wissenschaftlicher 

Erkenntnis 

General Systems Theory 

NEUMANN / MORGENSTERN („Theory of Games and Economic Behaviour“ 1943) 

BERTALANFFY (Holistisches Axiom 1956) 

Kybernetik 

WIENER: Steuerung von Systemen („Cybernetics“ 1948) 

ASHBY: Weiterentwicklung der Kybernetik (1956) 

Chaostheorie 

1970er Jahre: „deterministisches Chaos“: trotz regelhafter (aber nichtlinearer!) Zusammenhänge 

und Gesetzmäßigkeiten ist das Verhalten eines Systems nicht langfristig vorhersagbar 

Weiterentwicklung der Systemtheorie 

Verknüpfung der allgemeinen Systemtheorie mit anderen Disziplinen 

unterschiedliche Terminologien und Theorien ( „Konsolidierungsphase“)




1.6 Bewertung 

Prinzipien der allgemeinen Systemtheorie 

Holistisches Axiom (Bertalanffy 1956) 

"Die Eigenschaften und Verhaltensweisen höherer Ebenen sind nicht durch die 

Summation der Eigenschaften und Verhaltensweisen ihrer Bestandteile erklärbar, solange 

man diese isoliert betrachtet. Wenn wir jedoch das Ensemble der Bestandteile und die 

Relationen kennen, die zwischen ihnen bestehen, dann sind die höheren Ebenen von den 

Bestandteilen ableitbar." 

 

Frederic Vester (2002) „Die Kunst vernetzt zu denken“ 

"Die dringende Notwendigkeit einer Umsetzung des Vernetzten Denkens in die 

planerische Praxis mit der Vorgabe, die zunehmende Komplexität nicht zu meiden, 

sondern sie zu nutzen, hat mich daher immer stärker beschäftigt. Dabei war mir bewusst, 

dass die darauf beruhenden Planungs- und Entwicklungsmethoden andere sein müssten, 

als sie für das unvernetzte Vorgehen mit seinen oft kontraproduktiven Strategien 

eingesetzt wurden. Denn die sich häufenden Fehlschläge in den vergangen Jahren 

zeigen, dass die klassischen Planungsansätze, sei es im Unternehmensbereich, in der 

Regionalplanung, in der Entwicklungshilfe oder in der Umweltpolitik an den immer 

komplexeren Wirkungen und Rückwirkungen, die damit nicht erfasst werden, scheiterten, 

ja scheitern mussten.“




1.6 Bewertung 

Grundlagen der allgemeinen Systemtheorie 

Idee der Systemtheorie 

Gegenbewegung zum atomischen Prinzip der Naturwissenschaften 

Betrachtung des Untersuchungsgegenstandes in seiner Gesamtheit 

Berücksichtigung der wechselseitigen Verflechtungen und Beziehungen 

unterschiedlicher Materien 

Aufgabe der Systemtheorie 

Beschreibung, Erklärung und Prognose von komplexen und vernetzten Systemen 

Erkennen und Erklären von komplexen Ursache-Wirkungszusammenhängen 

Gewinnung von Erkenntnissen über das Systemverhalten 

Aufstellung allgemeiner Gesetzen und Regeln 

Schaffung übertragbarer Methodologien 

Schaffung einer Brücke zwischen verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen 

(Multi- / Transdisziplinarität)




1.6 Bewertung 

Systemtheoretische Begriffe 

 

System: Menge von Elementen, die durch 

Relationen verknüpft sind 

Systemumwelt 

 

Subsystem 

Input 

Output 

 

Systemabgrenzung 

 

Systemgrenze 

Systemelemente 

 

Systemumwelt 

 

endogen / exogen 

 

Inputs und Outputs 

Systemrelationen 

 

Systemfunktion 

 

 

monofunktional 

multifunktional 

Subsystem 

 

Systemzustand: Menge von Eigenschaften 

zu einem Zeitpunkt 

 

Systemverhalten: Reaktion auf exogene 

Einflüsse 

Systemgrenze




1.6 Bewertung 

Systemtypologien 

Abstraktionsgrad 

abstrakt 

konkret 

Offenheit 

offen 

geschlossen 

Dynamik 

statisch 

dynamisch 

Stabilität 

stabil 

instabil 

Flexibilität 

starr 

flexibel 

Verhaltensmuster 

zustandserhaltend 

zielsuchend 

zielbewusst 

Natürlichkeit 

natürlich 

künstlich 

Komplexität 

einfach 

komplex




1.6 Bewertung 

Systemisches Denken in der Raumplanung I 

Raumplanung als interdisziplinäre „Querschnittsmaterie“ 

Raumplanung beinhaltet ökonomische, ökologische und soziale Aspekte 

Vernetzung von Inhalten aus Geographie, Soziologie, Architektur, 

Wirtschaftswissenschaften, Ökologie, Rechtswissenschaften, … 

Vielfalt der beteiligten Akteure: Gebietskörperschaften, Planer, Vereine, Investoren, 

Bevölkerung, Interessensvertretungen, NGOs, … 

Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt (als „Objekte“ der Planung) sind 

komplexe Systeme mit vielfältigen und wechselseitigen Ursache- 

Wirkungs-Beziehungen 

Konventionelle Betrachtung räumlicher Strukturen und Entwicklungen in 

der Raumplanung 

Dominanz monokausaler Erklärungsansätze 

Annahme linearer Zusammenhänge 

Vernachlässigung indirekter Effekte von Maßnahmen / Veränderungen im System




1.6 Bewertung 

Systemisches Denken in der Raumplanung II 

Das Nichterkennen komplexer und nicht-linearer Zusammenhänge in 

einem System führt zur falschen Einschätzung der Auswirkungen von 

Maßnahmen und damit zu Planungsfehlern 

A 

B 

C 

Durch eine multikausale Betrachtung sowie die Berücksichtigung von 

nicht-linearen Zusammenhängen können die langfristigen und indirekten 

Effekte von Veränderungen im System besser abgeschätzt werden 

Erweiterung des analytischen Denkens: systemischer Ansatz




1.6 Bewertung 

Grundlagen der Kybernetik 

Norbert Wiener (1948): „Cybernetics“ („Steuermannskunst“) 

Lehre der Steuerungs- und Informationsverarbeitungsprozesse in 

Systemen (Regelungstechnik) 

Couffignal (1967): „Kunst, die Wirksamkeit der Aktion zu gewährleisten“ 

Kybernetisches System: System, das die Fähigkeit zur Verarbeitung, 

Übertragung und Speicherung von Informationen besitzt: dynamisches, 

zielorientiertes System 

Untersuchungsgegenstand 

Regelungsmechanismen in zielorientierten Systemen 

Systemverhalten bei Störungen von außen 

Grundthesen 

Struktur des Systems Eigenschaften, Verhalten und Entwicklung 

Systemverhalten an Zielen orientiert 

Erhaltung des systeminternen Gleichgewichts als oberstes Ziel 

Offene System haben die Fähigkeit ein höheres Organisationsniveau zu entwickeln




1.6 Bewertung 

Regelkreise (Koppelungen) 

Führungsgröße 

(Sollwert) 

Regler 

 

Regelstrecke: zu regelndes Objekt 

Stellgröße 

(Befehl) 

Regelgröße 

(Istwert) 

 

 

Regler: regelnde Einrichtung 

Rückkoppelung: Rückmeldung des 

Ist-Zustandes an den Regler 

Regelstrecke 

Störgröße




1.6 Bewertung 

Negative und positive Rückkoppelungskreise 

 

Negative Rückkoppelung 

 

Positive Rückkoppelung 

System bleibt im Gleichgewicht 

Kompensierende Wirkung des Reglers 

System gerät aus dem Gleichgewicht 

Kumulative Wirkung des Reglers 

+ 

+ 

Nachfrage 

Angebot 

Zahl der 

Menschen 

Zahl der 

Geburten 

_ 

_ 

+ 

+ 

Gewicht 

des Tieres 

Menge 

der Beute 

Löhne 

Preise 

+ 

+




1.6 Bewertung 

Grundlagen der Systemanalyse 

Erfassung von realen Systemen durch Abbildung in einem abstrakten 

Modell 

Definition: „Wissenschaftliche Methode, die, ausgehend von einer Abstraktion 

des betrachteten Problems auf die Teilelemente und deren wechselseitige 

Beziehungen, durch eine Reflexion dieser Beziehungen die entscheidenden 

Strukturelemente sowie latente Zusammenhänge und Funktionen zu erfassen 

sucht.“ (Werner 1973) 

Aufgaben 

Darstellung von komplexen Zusammenhängen qualitative Erkenntnis 

– Begreifen von Systemen 

– Aufdecken von Ursache-Wirkungs-Beziehungen 

– Untersuchung des Systemverhaltens bei Eingriffen von außen (exogene Größen) 

Entwicklung von mathematischen Simulationsmodellen quantitative Erkenntnis 

– Quantitative Untersuchung des Systemverhaltens 

– Abschätzung der Auswirkungen bei Eingriffen von außen (Maßnahmen, veränderte 

Rahmenbedingungen)




1.6 Bewertung 

Systemanalytische Methoden 

Vorgangsweise (nach Fuchs-Wegner 1972) 

Systemabgrenzung (endogene / exogene Elemente) 

Analyse der Zielsetzung des Systems 

Analyse der Systemelemente 

Analyse der Systemrelationen 

Analyse des Systemverhaltens 

Black-Box-Methode 

Untersuchungsgegenstand: Subsystem mit unbekannter Struktur 

Möglichkeiten der Analyse 

– Beobachtung & Experimente 

– Analyse der Systeminputs und -outputs 

– Trial-and-Error-Methode 

– Aufstellen von Hypothesen über die Struktur 

– Vergleich mit vergleichbaren Systemen




1.6 Bewertung 

Darstellungsmöglichkeiten 

Blockdiagramm: Blöcke = Funktionen, Pfeile = Variable 

Flussdiagramm: nicht für funktionale Zusammenhänge, 

sondern für zeitliche Abläufe (DIN-Normen!) 

Netzwerkdarstellung: Kästchen = Elemente, 

Pfeile = Relationen




1.6 Bewertung 

Konzept der System Dynamics 

J.W. Forrester: Formale Abbildung dynamischer Systeme 

1961 "Industrial Dynamics" 

1969 "Urban Dynamics" 

1971 "World Dynamics" 

Zerlegung von Systemen in einfache Regelkreise 

Elemente 

V 

Rates 

V 

Hilfsvariable 

V 

Levels 

Q 

Quelle 

V 

V 

Konstante (Parameter) 

S 

Senke 

Arten von Relationen 

Information 

Material 

Menschen 

Bestellungen 

Geld




1.6 Bewertung 

Negative Rückkoppelung 1. Ordnung 

S 

AT 

S 

Lager-Soll 

S = 6000 / L 0 = 1000 / AT = 5 

BR 

L 

S 

Q 

AT 

BR 

L 

Anpassungszeit 

Bestellrate 

Lager 

t Zeitpunkt t 

t 

0 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

BR 

1000,0 

800,0 

640,0 

512,0 

409,6 

327,7 

262,1 

209,7 

167,8 

L 

1000,0 

2000,0 

2800,0 

3440,0 

3952,0 

4361,6 

4689,3 

4951,4 

5161,1 

7000 

BR t, t-1 

= (S - L t-1 

) / AT 

L t 

= L t-1 

+ BR t, t-1 

Flussgleichung 

Bestandsgleichung 

Lagerbestand (L) 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

0 

0 5 10 15 20 25 

Zeit (T)




1.6 Bewertung 

Negative Rückkoppelung 2. Ordnung 

S 

AT 

BR 

B 

ZR 

S 

Q 

LV 

S 

AT 

BR 

L 

B 

ZR 

LV 

Lager-Soll 

Anpassungszeit 

Bestellrate 

Lager 

Bestellte Menge 

Zulieferrate 

Lieferverzögerung 

L 0 = 1000 / B 0 = 0 / S = 6000 / LV = 10 / AT = 5 

t 

L 

B 

BR 

ZR 

0 1000,0 

0,0 

1 1000,0 

1000,0 1000,0 

0,0 

2 1100,0 

1900,0 1000,0 100,0 

3 1290,0 

2690,0 980,0 190,0 

4 1559,0 

3363,0 942,0 269,0 

5 1895,3 

3914,9 888,2 336,3 

10 4162,9 

4895,2 465,8 492,1 

20 7721,3 

1200,8 -310,7 167,9 

30 7220,3 -1831,8 -278,6 -172,6 

S 

L 

Q 

BR t-1, t 

= (S – L t-1 

) / AT 

ZR t-1, t 

= (B t-1 

) / LV 

B t 

= B t-1 

+ BR t-1, t 

–ZR t-1, t 

L t 

= L t-1 

+ ZR t-1, t 

t Zeitpunkt t 






9000 

8000 

7000 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

0 

0 20 40 60 80 100 

Zeit (t)




1.6 Bewertung 

Positive Rückkoppelung 

VT 

VT 

Verdopplungszeit 

B = 1000 / VT = 20 

ZR 

ZR 

B 

Zuwachsrate 

Bevölkerung 

t 

0 

1 

2 

B 

1000,0 

1050,0 

1102,5 

3 

1157,6 

B 

S 

Q 

t Zeitpunkt t 

4 

5 

6 

7 

8 

1215,5 

1276,3 

1340,1 

1407,1 

1477,5 

4000 

ZR t-1, t 

= (B t-1 

) / VT 


3500 

B t 

= B t-1 

+ ZR t-1, t 



3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

0 5 10 15 20 25 

Zeit (T)




1.6 Bewertung 

Beispiel für Systemanalyse mit Hilfe der System Dynamics




1.6 Bewertung 

Beispiel für komplexe Systemanalyse (World Dynamics)




1.6 Bewertung 

Stärken und Schwächen systemanalytischer Methoden 

Stärken 

Umfassende Abbildung der Realität 

Ganzheitliche Sicht von komplexen Phänomenen und Prozessen 

Erfassung komplexer Zusammenhänge durch Zerlegung in vernetzte Einzelprobleme 

Betrachtung dynamischer Prozesse 

Integration verschiedener theoretischer Ansätze 

Möglichkeit zum Auffinden sensitiver Stellen für Systemveränderungen 

Schwächen 

Dominanz mathematischer und formaler Methoden 

Problem der formalen Abbildung der Systemelemente und Relationen 

Verlust an Genauigkeit in einzelnen Systemelementen durch ganzheitliche 

Betrachtung 

Nicht alle Phänomene lassen sich in der systemanalytischen Terminologie 

ausdrücken

[ 1 ] Systemtheorie und Systemanalyse

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