Angewandte Systemwissenschaft

Präsentation zum Thema: "Angewandte Systemwissenschaft"—  Präsentation transkript:

1 Angewandte Systemwissenschaft
In dieser Präsentation werden Kommentare überall dort gegeben, wo im Vortrag etwas gesagt wurde, was nicht explizit so auf den Folien steht, um diese auch ohne Vortrag selbsterklärend zu machen. Außerdem dienen die Kommentare dazu, einem späteren Referenten die Möglichkeit zu geben, aufbauend auf diesen Folien einen weiteren Vortrag zur Vorstellung unseres Studienganges geben zu können. Sorry für den teilweise sehr unterschiedlichen Stil der Beschreibung bei den einzelnen Folien. Zu dieser Folie: Referenten vorstellen Zwischenfragen gerne Hoffe, duzen ist ok. Duzt Ihr uns bitte auch. Georg Holtz, Karina Rasche Osnabrück,

2 Gliederung Was ist Systemwissenschaft (Sywi)? Berufsaussichten
Aufbau und Ablauf des Studiums Anwendungsbeispiele Besonderheiten Informationsquellen

3 Systeme MODELL Ökosysteme Wirtschaftssysteme Sozialsysteme
Verkehrssysteme Immunsysteme Technische Systeme Etc. Was zu dieser Folie gesagt wurde in Stichpunkten: Modelle haben gemeinsam: Elemente (Menschen, Firmen, Populationen, Computer, Zellen, was auch immer) und Beziehungen Aufgabe der Systemwissenschaft: Dieses Zusammenspiel zu beschreiben und Entscheidungen über das Management dieses Systems zu treffen. Hilfsmittel dafür: Modelle (Wortmodell, grafisches Modell, mathematisches, Computermodell...) Verknüpfung von Systemen aus ganz unterschiedlichen Themenbereichen: Interdisziplinarität, wichtiges Charakteristikum des Studienganges So. Wer das jetzt nochmal ausformuliert haben möchte, kann unten weiterlesen. Der Begriff des Systems ist Euch ja sicherlich schon häufiger mal begegnet. Beispiele sind .... (linke Seite) Man sieht hier, dass Systeme in ganz unterschiedlichen Lebenbereichen auftreten. Was diese alle gemeinsam haben ist, dass sie aus Elementen (den Kreisen im Bild auf der rechten Seite) und Beziehungen zwischen diesen Elementen bestehen. Solche Elemente können z.B. einzelne Menschen sein, die in Beziehung miteinander stehen. Oder Tiere oder Pflanzen in einem Ökosystem. Es können aber auch ganze Populationen von Tieren oder Pflanzen als ein Element angesehen werden. Alternativ können die Elemente auch Firmen, Zellen, Computer oder sonstiges sein. Die Beziehungen zwischen den Elementen bedeuten nun, dass wenn sich ein Element ändert, dann kann dies wieder Änderungen an einem oder mehreren anderen Elementen bewirken. Das System kommt aus dem Gleichgewicht. Da die Beziehungen innerhalb des Systems aber ziemlich kompliziert sein können, kann man nicht so leicht vorher wissen, wie sie das System verhält, wenn sich etwas ändert. Das Ziel für uns Systemwissenschaftler ist, zu entscheiden, wie wir auf das System einwirken müssen oder wovor wir das System schützen müssen, damit es sich in einem für uns wünschenswerten Zustand befindet und das System seinen Zweck erfüllt. Also z.B. bei einem Immunsystem wird der Zweck erfüllt, wenn der Mensch gesund bleibt, bei einem Verkehrssystem, wenn alle rechtzeitig zur Arbeit kommen. Um herauszufinden, wie das System auf bestimmte Einflüsse reagiert, benutzen wir Modell. Diese können einfach nur eine Beschreibung mit Worten sein, also: Man schreibt einfach auf, wie ein Immunsystem funktioniert. Aber man kann auch grafische Beschreibungen wie die dort rechts verwenden oder mathematische Gleichungen. Diese kann man dann schließlich auch in ein Computerprogramm bringen und dann mal ausprobieren, was mit dem System passieren würde, wenn man es so oder so beeinflusst. Ein bisschen komplizierter wird das Ganze dadurch, dass die einzelnen Systeme miteinander verknüpft sind und zwar hängt die Funktionsweise eines Ökosystems z.B. ja auch davon ab, wie die Menschen dieses Ökosystem behandeln und was für technische Möglichkeiten sie haben. In solchen Fällen, reicht es einfach nicht mehr, Biologe zu sein und sich mit Ökosystemen auszukennen, weil die anderen Faktoren nunmal auch wichtig sind und mit Biologie aber nichts zu tun haben. Man muss eben Sachen aus ganz verschiedenen Themenbereichen (sogenannten Disziplinen) beachten. Das ist eine wichtige Eigenschaft unseres Studiengangs, die sogenannte Interdisziplinarität. Dass wir eben nicht nur ein Themengebiet sondern alle angucken, die man für die Fragestellung eben braucht. MODELL

4 Berufsaussichten Grosse Bandbreite
Grosser Anteil Forschung (Hochschule + Außeruniversitär) Möglichkeit der Spezialisierung auf Informatik im Studium -> IT SyWis definieren selbst, was sie sein wollen. Schon im Studium und auch bzgl. Berufswahl.

5 Aufbau des Studiums Anwendungsfächer Physik Chemie Geographie
Biologie Physik Chemie Geographie Betriebswirtschafts- lehre Volkswirtschafts- Sozialwissen- schaften Psychologie … Anwendungsfächer: Jeder wählt eins davon. Hinweis für diejenigen, die ansonsten mit dem Gedanken spielen, eines dieser Fächer zu studieren, die hier in der Liste genannt sind: Darauf muss man bei Sywi nicht verzichten. Man kann viele interessante Vorlesungen in diesem Fach hören.

6 Ablauf des Studiums jeweils ca. ¼ Viele Freiheiten im Hauptstudium
Systemwissenschaft Mathematik Informatik Anwendungsfach Viele Freiheiten im Hauptstudium Umstellung auf Bachelor/Master ab Wintersemester 2006/07 Im Grundstudium (zumindest ersten beiden Semester) dominieren Mathe und Info  erstmal Handwerkszeug lernen. Im Hauptstudium viel Systemwissenschaft. Im Hauptstudium viel Wahlfreiheit in allen Fächern.

7 Hasen und Füchse: Populationsdynamik
Hasenpopulation wächst mit einer bestimmten Rate. Fuchspopulation wächst mit einer bestimmten (negativen) Rate. Füchse fressen Hasen. (mehr Füchse, weniger Hasen) Die Anzahl gefressener Hasen hängt von der Wahrscheinlichkeit ab, dass sich ein Hase und ein Fuchs treffen. Etc. Hier nun ein Übungsbeispiel, was so in etwa im Studium behandelt wird. Sowas in der Art gibt es auch in der Forschung, aber hier ist es stark vereinfacht. Es gibt Hasen und Füchse in einem Gebiet und man möchte wissen, wie sich die Anzahl der Hasen und die Anzahl der Füchse mit der Zeit verändert. Dazu schreibt man erstmal alles auf, was man über dieses System so weiß. (siehe oben) Die negative Wachstumsrate bei den Füchsen heißt, dass sie aussterben würden, wenn sie keine Hasen zu fressen kriegen. Wir gehen hier der Einfachheit halber aus, dass es keine anderen Tiere gibt, die die Füchse fressen könnten und dass die Hasen immer genug Gras finden.  Wortmodell

8 Populationsmodell Das Modell mal grafisch. Wird weiter unten noch genauer erläutert. Dies ist jedoch nur eine genauere Erklärung dessen, was man dort sieht. Also sollte auf dieser Seite nur derjenige weiterlesen, der diese Grafik nicht selbsterklärend findet. Nachdem wir das Wortmodell haben, können wir das ganze jetzt grafisch aufzeichnen. Keine Sorge, das muss man nicht alles jetzt verstehen. Also: Die Anzahl der Beutetiere, also der Hasen, wird mit der Zeit mehr. Das wird dargestellt durch diesen Pfeil aus der Wolke, der in die Box „Beute“ reinzeigt. Da kommen also mit der Zeit einfach Hasen dazu. Bei den Räubern, den Füchsen ist das so ähnlich. Da steht jetzt eine negative Wachstumsrate drin. Verknüpft werden die beiden dadurch, dass ja Hasen von Füchsen gefressen werden. Und die Anzahl gefressener Hasen, der Kreis in der Mitte, hängt von einer festen Rate ab (Fressrate, oben), sowie von der Anzahl der Hasen und der Anzahl der Füchse. Wovon die Elemente jeweils abhängen, wird durch die dünnen Pfeile angezeigt. In dem Programm, in dem ich das gebaut habe, kann man da dann jetzt auch direkt die Formeln reinschreiben. Die sind für dieses Beispiel aber ganz einfach. Da steht nichts weiter drin, als was ich im Wortmodell schon gesagt habe. Dann muss man noch ein paar Anfangswerte aussuchen, also z.B. wie viele Hasen es ganz am Anfang gibt, und dann kann man das laufen lassen... Hinweis (imVortrag nicht erwähnt): Natürlich sind das hier in Wahrheit in den Levels NICHT Anzahlen von Hasen und Füchsen und es fließen KEINE Hasen in die Füchse. Das hier bezieht sich eher auf Biomasse oder so (mit einer geschummelten Metabolisierungsrate von 1), aber das habe ich der Einfachheit weggelassen.

9 Räuber-Beute-Dynamik
..und dann kommen da solche Muster bei raus. Sogenannte Zyklen. Und das, obwohl wir gar nichts weiter reingesteckt haben, als wir vorhin im Wortmodell aufgeschrieben hatten. Und es ist auch gar nicht so verwunderlich: Am Anfang hat man wenige Räuber, da kann sich die Beute gut vermehren. Damit haben mit der Zeit auch die Räuber reichlich zu essen und vermehren sich auch und dadurch wird wieder die Beute weniger und etwas später damit auch wieder die Räuber und das ganze geht von vorne los. Bitte nicht wundern über die Zahlen an der y-Achse: Das sind hier jetzt nicht Anzahlen von Tieren sondern eher sowas wie Dichte, also z.B. wie viele Füchse auf einen km² kommen.

10 Schadstoffe in Fließgewässern
Das hier ist jetzt ein Beispiel, was auch in der Forschung eine große Rolle spielt. Es geht um Schadstoffe in einem Fluss. Die können aus ganz unterschiedlichen Quellen da reinkommen: Haushalte, Industrie, Landwirtschaft (z.B. Dünger mit dem Regen aus den Feldern in den Fluss gespült). Es stellen sich jetzt zwei Fragen: Wann ist die Konzentration eines Schadstoffs an einem bestimmten Ort wie hoch? Und ist das schlimm? Bei welcher Schadstoffkonzentration sterben z.B. die Fische? Für die zweite Frage, kann man eine Risikoabschätzung machen, das möchte ich jetzt aber nicht weiter erklären, sondern ich möchte was zur ersten Frage erzählen: Wann ist die Konzentration wo wie hoch? Da geht es darum, wie ein Schadstoff, der irgendwo in den Fluss gekippt wird, in diesem transportiert wird. Natürlich wird er mit der Strömung mitgenommen. Außerdem gibt es aber auch noch Turbulenzen und der Stoff kann sich auch im Sediment absetzen oder in die Luft ausgasen oder abgebaut werden. All das kann man mathematisch beschreiben.

11 Ausbreitung der Schadstoffe
Konzentration t = 0 t = 1 t = 2 Und das sieht dann so aus. Hier wurde jetzt nochmal der Einfachheit halber angenommen, dass man nur einmal eine bestimmte Menge Schadstoff in den Fluss kippt und das auch nur an einer bestimmten Stelle. Z..B. bei einem Chemieunfall. An dieser Stelle ist also anfangs die Konzentration sehr hoch und im sonstigen Flussverlauf sehr gering. Aber mit der Zeit wird die Schadstofffahne im Fluss weitertransportiert und sie wird auch breiter und flacher, da eben der Stoff verteilt und abgebaut wird. Wichtig ist das jetzt für die Menschen, die irgendwo am Flussverlauf wohnen. Die möchten natürlich wissen, wann die Konzentration bei ihnen besonders hoch ist und wie hoch sie dann sein wird. Man kann sich das ganze natürlich auch wie eine Flutwelle vorstellen. Da ist es für die Menschen am Fluss ja auch wichtig zu wissen, wann die Flutwelle bei ihnen ist und wie hoch sie dann sein wird. Fluss-km

12 Thermohaline Zirkulation
Bringt Wärme nach Nordwesteuropa Antrieb: Dichteunterschiede durch Temperatur und Salzgehalt Abruptes Abreissen möglich Modelle spielen zentrale Rolle Abkühlung in hohen Breitengraden führt zu höherer Dichte. Wasser „fällt“ nach unten, an der Oberfläche wird warmes Wasser aus dem Äquatorbereich nachgezogen. Frischwasserzufuhr in Polnähe verringert Dichte  zwei Prozesse, die gegeneinander arbeiten. Durch Klimaerwärmung wird Frischwasserzufuhr erhöht  Abreissen der Zirkulation möglich. Struktur relativ klar (Schwellwerte, Hysterese), Details unklar (wo genau liegt der schwellwert?) Keine Experimente möglich, daher Modelle sehr wichtig.

13 Was zeichnet die Systemwissenschaft aus?
„Interdisziplinär“ Modelle spielen eine zentrale Rolle Bandbreite von Methoden Systemverständnis (z.B. Schwell-Werte) Beispiele aus verschiedenen Bereichen gesehen. Was verbindet? Abstraktion auf wesentliche Elemente und ihre Interaktion Verwendung von Modellen Dazu erlernt man verschiedene Methoden Man erlangt ein Systemverständnis: Systemverhalten, das in vielen verschiedenen Zusammenhängen wieder auftaucht (Schwingungen wie beim Räuber-Beute, Schwellwerte wie bei der Thermohalinen Zirkulation, weiteres Beispiel für Schwellwert: Schadstoffe im See)

14 Besonderheiten einzigartiger Studiengang
Auslandsaufenthalte (ca. 50% der Studis) enge Einbindung in Forschung und Projekte hervorragendes Betreuungsverhältnis Hilfskraftstellen engagierte Studis Sywi-Wochenende Fachschaftsrat Fachschaftskino

15 Weitere Infos www.usf.uos.de/studies www.systemwissenschaft.de
Broschüre Persönlicher Kontakt: Fachstudienberater Fachschaft