Ch. Hein: Vorlesung Einführung in die Technik 1 Ch. Hein: Vorlesung Einführung in die Technik 1.3 Arbeitsweisen der Technik Januar 2005

1.3 Arbeitsweisen der Technik Was war doch gleich Technik? Technik ist wie Natur und Gesellschaft ein menschlicher Lebensbereich. Zur Technik gehören: Alle technischen Produkte einschließlich Geräte, Maschinen, Anlagen, alle Verfahren zur Herstellung der Produkte und alle Verfahren zur Anwendung und Nutzung der Produkte. Diese Begriffsbestimmung macht die Bedeutung der Arbeitsweisen der Technik deutlich. Übrigens! Jeder Lernprozess setzt die aktive Auseinandersetzung des Lernenden mit dem zu lernenden Gegenstand, also Arbeiten bzw. Handeln voraus. Die Trennung von Denken und Handeln hatte in der Vergangenheit zum Teil so groteske Wirkungen, dass man in der Bildungspolitik dem Gymnasium das Denken und der Hauptschule und der sich in der Regel anschließenden berufsbildenden Schule das Handeln zuwies.

Nach der Darstellung der Denkweisen und der geistigen Werkzeuge zur Kommunikation in der Technik, sollte nun geklärt werden, wie Arbeiten und Handeln des Menschen in der Auseinandersetzung mit der technischen Welt erfolgt. Das ist insofern nicht einfach, weil Denken und Handeln eine Einheit bilden. Um jedoch überhaupt zu systematischen Vorstellungen zu kommen, wird diese Einheit im folgenden aufgebrochen. Die technischen Arbeitsweisen oder das technische Handeln ist so vielfältig und verschieden wie die Technik selbst. Z.B. führt ein Arzt mit seiner Technik ganz andere Handlungen aus als ein Maschinenbauer, eine Hausfrau oder ein Pilot. Trotzdem gibt es gemeinsame Handlungsweisen und Methoden. Weil das technische Handeln so verschieden ist, wird es nun aus sehr unterschiedlichen Perspektiven beschrieben: 1. Welche grundsätzlichen Handlungsweisen vollzieht der Mensch im Zusammenhang mit dem Lebenszyklus eines technischen Produkts? 2. Gibt es typische Methoden, die beim technischen Handeln zum Ziel führen?

* 1.3.1 Technische Handlungsweisen ... ... Zur besseren Beschreibung von Technik wird der zeitliche Werdegang, also der Lebenslauf, oft Lebenszyklus genannt, eines Produkts betrachtet und in Verbindung mit den dabei verrichteten menschlichen Handlungen gebracht. Beschreibungsgegenstand sind einerseits die Phasen, die ein technischer Gegenstand durchläuft und andererseits die dabei ausgeführten technischen Handlungen des Menschen. Phase 1 technische Handlungen z.B. Ziel festlegen technische Handlungen z.B. Konstruieren Phase 2 Technische Handlungen z.B. Herstellen Phase 3 Technische Handlungen z.B. Anwenden Phase m ... Technische Handlungen z.B. Verschrotten Phase n ... * Zeit

Bei der Betrachtung des Entstehungs- und Verwertungsprozesses eines Produkts, d.h. von dessen Entstehung bis zu dessen Beseitigung, erkennt man unschwer unterschiedliche Phasen, die nacheinander vollzogen werden. Bevor der Werdegang eines technischen Produkts beginnt, muß der Wunsch nach dem Produkt entstanden sein. Mit anderen Worten - die Entstehung von individuellen und gesellschaftlichen Bedürfnissen mit ihrer Komplexität und Vielschichtigkeit ist der Ausgangspunkt für technische Produkte. Diese Bedürfnisse prägen technische Entwicklungen und wirken auf die technischen Handlungsweisen ein. In der Regel werden die technischen Handlungen in der Gesellschaft arbeitsteilig durchgeführt.

Entstehung von Bedürfnissen Beispiel 1 Herr Gartenhuber hat hinter seinem Haus einen kleinen Garten mit einigen Bäumen, Sträuchern und Blumenbeeten. An schönen Tagen hält er sich gern im Garten auf, und er hat den Wunsch, sich dort eine gute Sitzgelegenheit zu beschaffen. Ob der Wunsch von ihm oder von seiner Frau stammt, ist nicht herauszufinden. Vielleicht spielt auch eine Rolle, dass sich die Nachbarn eine dem Anschein nach sehr teure, in Gartenhubers Augen aber auch sehr scheußliche Gartenbank angeschafft haben, und Gartenhubers wollen nicht nachstehen, im Gegenteil! Entstehung von Bedürfnissen Nachdem mehrere Baumärkte und Fachgeschäfte besucht worden sind und in keinem eine weder in der Größe noch in der Form passende Gartenbank gefunden wurde, beschließt Herr Gartenhuber, selber eine Sitzbank aus Holz herzustellen. Zielsetzung Anhand des im Garten zur Verfügung stehenden Platzes legt er die Maße für die Bank fest. Er fertigt eine maßstäbliche Zeichnung in verschiedenen Ansichten und bespricht mit seiner Frau die Höhe der Sitzfläche und der Rückenlehne. Konstruieren Aus der Zeichnung kann er grob entnehmen, wieviel Holz und wieviel Schrauben er benötigt. Er kauft das entsprechende Material und stellt die Gartenbank mit Hilfe von Werkzeugen und Maschinen nach seinen Plänen her Herstellen

Recycling, Entsorgen, Beseitigen Familie Gartenhuber probiert die Bank aus. Sie können vollkommen zufrieden sein, weil die Gartenbank ihren Vorstellungen entspricht, oder sie können ein wenig enttäuscht sein, weil die Gartenbank zwar schön aussieht, aber ihre Sitzfläche zu hoch geraten ist, oder sie können vollkommen frustriert sein, weil die Gartenbank beim ersten Sitzversuch zusammengekracht ist. Test Nehmen wir an, die Sitzbank erfüllt ihren Zweck, sie werde benutzt. Ab und zu muß sie gestrichen werden, die Schraubverbindungen müssen angezogen werden usw. Anwenden Aus irgendwelchen Gründen will man nach einigen Jahren die Bank nicht mehr haben. Herr Gartenhuber kann sie zerlegen und aus einigen Teilen ein kleines Regal für die Garage herstellen. Er kann aber auch die Teile zersägen und im Kamin verfeuern. Er kann auch die Bank nachts in den Anhänger laden, im Waldstück abladen und hoffen, dass er dabei nicht erwischt wird. Recycling, Entsorgen, Beseitigen

Entstehung von Bedürfnissen bei der Firmenleitung Beispiel 2 Die Firma Krüger ist ein mittelständiges Unternehmen, das Küchengeräte herstellt. Nachdem in den letzten Jahren die finanzielle Lage nicht überwältigend war, hat sich die Firmenleitung dazu entschlossen, eine neue Kaffeemaschine auf den Markt zu bringen. Um den Umsatz zu steigern und damit die Gewinne zu erhöhen. Entstehung von Bedürfnissen bei der Firmenleitung Die Marketingabteilung wird beauftragt, die Chancen für eine neue Kaffeemaschine zu erkunden. Soll sie nun für den gehobenen Verkauf, z. B. als Geschenk für Abteilungsleiter nach 20jähriger Betriebszugehörigkeit, oder für den billigen Verkauf in entsprechenden Abteilungen der Einkaufsmärkte konzipiert werden? Welchen Härtegrad darf das Wasser maximal aufweisen? Maximale und minimale Anzahl von Tassen usw.? Nach langwierigen Gesprächen einigen sich die Marketingabteilung und die Konstruktionsabteilung unter der Aufsicht der Firmenleitung auf eine Reihe von Merkmalen, die die Maschinen auf alle Fälle erfüllen muss, und auf eine Anzahl von Merkmalen, die nach einer festgelegten Priorität eingehalten werden sollten. Es wird ein Pflichtenheft erstellt. Ziel festlegen Nach einigen Monaten legt die Konstruktionsabteilung in Zusammenarbeit mit einem aus-wärtigen Designer detaillierte Zeichnungen und gegebenenfalls Gips- oder Holzmodelle der Kaffeemaschine vor. Entwerfen, Konstruieren

Testen, Optimieren Herstellen Verteilen Verwenden Entsorgen Die ersten Prototypen werden gebaut, getestet und verbessert. Testen, Optimieren Nachdem die Geschäftsleitung zugestimmt hat, geht ein Prototyp nach dem Bestehen der vorgeschriebenen Sicherheitsprüfungen in die Produktion. Material und entsprechende Teile werden angeschafft, die Herstellung organisiert und durchgeführt. Anschließend werden die fertigen Kaffeemaschinen auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft Herstellen Sie werden dann gelagert und zu den Großkunden gebracht, z. B. zum Einkaufsmarkt. Dort wird eine Kaffeemaschine der Firma Küger von Frau Gartenhuber gekauft, nachdem sie sich in mehreren Geschäften beraten ließ und unabhängige Testergebnisse gelesen hat. Verteilen Frau Gartenhuber kocht damit den Frühstücks- und Nachmittagskaffee. Sie putzt die Maschine und ab und zu wartet sie diese. Verwenden Nach einigen Jahren fällt die Maschine aus, eine Reparatur erscheint aus finanziellen Gründen wenig sinnvoll, so dass die Maschine zum Müll gegeben wird. Entsorgen

Hauptphasen der technischen Handlungsweisen Beide Beispiele beschreiben den Werdegang eines technischen Gegenstandes, wobei beim ersten Fall Planer, Entwickler, Hersteller, Nutzer und Entsorger in einer Person zusammenfallen. Der zweite Fall ist bestimmt durch Arbeitsteilung und kennzeichnend für eine industrialisierte Gesellschaft. Unterschiedliche Individuen führen nacheinander die Tätigkeiten aus, die dem Werdegang eines technischen Gegenstandes entsprechen. Diese Tätigkeiten nennt man technische Handlungsweisen, und sie können in folgende Hauptphasen unterteilt werden: Zweck-/ Zielsetzung Konstruieren Herstellen Verteilen Anwenden Beseitigen/ Entsorgen Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6 Hauptphasen der technischen Handlungsweisen Zeit Es ist nicht auszuschließen, dass die Zielsetzung innerhalb der unterschiedlichen Handlungen voneinander abweichen können. Als Beispiel sei die unterschiedliche Einschätzung einer Reihe technischer Gegenstände über deren Güte durch den Hersteller und durch den Verbraucher genannt.

Zusammenhang zwischen den Hauptphasen, Handlungsweisen und Handlungen Entstehung von Bedürfnissen ( Vortechnische Phase) z.B. Wecken, Lenken, Manipulieren, Bewerten von Bedürfnissen Hauptphasen – Abfolge von technischen Handlungsweisen Charakteristische technische Handlungen Zweck/Ziel setzen z.B. Beschreiben von Eigenschaften, Abwägen, Pflichtenheft erstellen Konstruieren z.B. Planen, Analysieren, Suchen nach und Bewerten von Lösungen, Auswählen, Entwerfen, Ausarbeiten Herstellen z.B. Beschaffen, Organisieren, Herstellen, Zurückgreifen auf genormte Teile, Zusammenbauen, Kontrollieren Verteilen z.B. Organisieren, Verpacken, Lagern, Transportieren, Verkaufen Anwenden/Verwenden z.B. Montieren, bedienen, Überprüfen der Funktion, Prüfen der Sicherheit, Warten, Reinigen, Reparieren Beseitigen/Entsorgen z.B. Demontieren, Verschrotten, Lagern, Rückführen in den Produktionsprozess Zusammenhang zwischen den Hauptphasen, Handlungsweisen und Handlungen

Bezüglich der technischen Handlungsweisen hat der Technikunterricht bisher das Herstellen und auch das Konstruieren stark betont. Das ist auch das, was das Wesen der Technik ausmacht. Bedenkt man aber die jetzigen und zukünftigen Lebenssituationen von Schülerinnen und Schülern der allgemeinbildenden Schule, in denen sie mit Technik konfrontiert sein werden, so müssen das Anwenden / Verwenden und das Beseitigen / Entsorgen eine stärkere Berücksichtigung erhalten. Eine größere Bedeutung muss zukünftig jedoch die Bewertung von Technik erhalten. Jeder trifft Kaufentscheidungen über technische Produkte. Auch durch die Entscheidung für politische Parteien werden technische Entwicklungen, die die gesamte Bevölkerung betreffen, festgelegt.

1.3.2 Technische Methoden Um die vielfältigen Aufgaben zu lösen, die in der Technik gestellt werden, haben sich spezifische Vorgehens-weisen entwickelt. Zunächst wurde der Werdegang (Lebenszyklus) technischer Produkte und die dabei verrichteten mensch-lichen Handlungsweisen beschrieben. Jetzt stellen sich die Fragen: wie werden die Phasen im Werdegang bewältigt und welchen Wege werden bei den unterschiedlichen Handlungen beschritten, um zum Ziel bzw. Teilziel zu gelangen. Kurzum, es geht darum: Hat die Technik spezifische und vom Einzelfall zu abstrahierende Methoden ent-wickelt, die für die Lösung verschiedenartiger technischer Probleme Anwendung finden? Methode: Planmäßiges Vorgehen, um ein Ziel zu erreichen. Um ein Problem lösen zu können d.h. um zielgerichtet handeln zu können, benötigt man neben dem Wollen auch (Sach)Wissen und (methodisches) Können, oder mit anderen Worten, Handlungskompetenz setzt Sachkompetenz und Methodenkompetenz voraus.

Wie ist das Problemlösungsverhalten bei technischen Aufgaben? Wie geht man grundsätzlich vor, um eine technische Aufgabenstellungen planmäßig oder zielgerichtet zu lösen oder mit anderen Worten: Wie ist das Problemlösungsverhalten bei technischen Aufgaben? 1. Es handelt sich immer um einen zeitlichen Ablauf, dessen Ausgangspunkt eine Zielvorstellung ist, die sich aus einem Bedürfnis entwickelt hat. 2. Die Lösung des Problems erfolgt grundsätzlich nach der gleichen Methode. 3. Um diese Zielvorstellung zu realisieren, werden einerseits materielle und immaterielle Hilfsmittel sowie Kenntnisse über sie und andererseits das Verfahren betreffende Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten benötigt. Prozedur: Ablauf und Verfahren 4. Die geeignete Verknüpfung von Hilfsmitteln und Prozeduren führt dann zum Ergebnis, d. h. erst die Anwendung von Hilfsmitteln auf einem gangbaren Weg führt zum gewünschten Ziel. Besonderes Augenmerk verdient dabei der Vorgang, wie Hilfsmittel und Prozeduren ausgesucht werden und wie die Zuordnung bestimmter Hilfsmittel zu einer bestimmten Prozedur erfolgt.

Beispiel: Das Ziel soll das Aufhängen eines Bildes sein, wobei der Einfachheit halber die Stelle z. B. an der Wand schon bekannt und gekennzeichnet sei. Es bieten sich beispielsweise die Möglichkeiten des Nagelns oder Schraubens an. Bei der ersten Möglichkeit benötigt man einen Hammer, einen Nagel entsprechender Größe sowie Fertigkeiten im Nageln. Das Schrauben verlangt eine Schraube, einen passenden Schraubendreher, gegebenenfalls Dübel, elektrische Bohrmaschine mit entsprechendem Bohrer sowie adäquate Fertigkeiten. In beiden Fällen müssen Kenntnisse über die Beschaffenheit der Wand vorliegen. Nun trifft man eine Entscheidung für das Nageln oder Bohren, und das Vorhaben wird realisiert. Im besten Falle entspricht das Ergebnis den ursprünglichen Vorstellungen. Wenn nicht, kann eine neue Wahl von Hilfsmitteln und Prozedur für die gleiche Zielsetzung stattfinden, oder die Zielsetzung selbst kann geändert oder ganz aufgegeben werden.

Ist das zu lösende Problem komplexer, wie z. B Ist das zu lösende Problem komplexer, wie z. B. das Einrichten einer Küche, so wird man nicht sofort zur Tat schreiten, sondern zuerst eine maßstäbliche Skizze des Raumes anfertigen und dort Möbel und Geräte selbstverständlich ebenfalls als maßstäbliche Skizze placieren. Erst wenn die Anordnung in der Zeichnung unseren Vorstellungen entspricht, beginnen wir mit dem Einrichten in der gegenständlichen Ebene. Soll jemand die technisierte Welt verstehen, ja sogar verantwortungsbewusst mitgestalten, so braucht er neben Kenntnissen über den technischen Prozess und die technischen Handlungsweisen ansatzweise ein spezifisches Können, um mit Technik umzugehen. Es geht hier hauptsächlich nicht um handwerkliche Fertigkeiten, sondern um technische Problemslösungsfähigkeit bei unterschiedlichen Aufgaben.

Struktur des Technischen Problemlösungsprozesses Nach der Formulierung des angestrebten Zieles wird in der konzipierenden Ebene aus der Vielfalt der Hilfsmittel und Prozeduren eine für sinnvoll erachtete Kombination von Hilfsmitteln H und Prozeduren P ausgesucht, die zu einem antizipierenden Ergebnis führt. Ziel Be wer tung antizipierende Ebene Ent- scheidung H1 H2 Hn Hi P1 P2 Pn Pi Das Ergebnis wird überprüft, und im Falle, dass es nicht befriedigt, findet eine Rückkopplung statt, die entweder den Auswahlprozess der Hilfsmittel und Prozeduren neu in Gang setzt oder Zielsetzung in Frage stellt. Ergebnis antizipierend Befriedigt das Ergebnis, so beginnt der Lösungsvorgang nach gleichem Muster, aber mit anderen Hilfsmitteln H’ und Prozeduren P’ in der realisierenden Ebene. Das reale Ergebnis kann Rückwirkungen auf die Entscheidungen in der gegenständlichen und in der konzipierenden Ebene sowie auf das ursprüngliche Ziel haben. Ziel real Ent- scheidung H1´ H2´ Hn´ Hi´ P1´ P2´ Pn´ Pi´ Sowohl bei der Zielformulierung und den Entscheidungen in beiden Ebenen als auch bei den möglichen Rückkopplungen spielt die Technikbewertung die maßgebliche Rolle. reale Ebene Ergebnis real

Ein Spezifikum der technischen Vorgehensweise ist also, dass bei vielen Problemen die Lösung antizipiert und überprüft wird, bevor es zur realen Ausführung kommt. Dabei erhalten die Möglichkeiten der modellhaften Darstellung der Technik eine herausragende Bedeutung. (Siehe Fachsprachen, Modelle, Systeme) Der Umgang mit Technik spielt sich demnach einerseits in der Abbildung von Technik und andererseits in der realen Technik ab. Die reale Lösung ist ein konkretes, singuläres Ergebnis zu einem Problem und befriedigt mehr oder weniger ein Bedürfnis. Die Abbildung von Technik liefert ein Konzept für eine Lösung und ermöglicht eine Kommunikation über Technik. Dabei werden Abbildungen eingesetzt, die gegenständlich (als reales Modell), ikonenhaft (z.B. als Zeichnung) oder verbal (als Text oder abstrahierend z. B. als mathematische Formal) sein können.

Auswahl der Prozeduren und Hilfsmittel unsystematisch systematisch algorithmisch heuristisch Beim unsystematischen Vorgehen wird die Wahl von Hilfsmitteln und Prozeduren willkürlich getroffen. Typisch hierfür ist, dass Werkzeuge und Material zweckfremd angewendet werden. Bei der systematischen Problemlösung kann man entweder algorithmisch oder heuristisch vorgehen. Algorithmisches Vorgehen heißt: Eine endliche Menge von Variablen liegt vor und ist bekannt und wird mit bekannten Grundoperationen verknüpft. Die Verknüpfungsvorschrift besagt, welche Verknüpfungen wann und in welcher Reihenfolge auszuführen sind. Am Ende steht eine eindeutigen Aussage, ob das Problem mit diesem Vorgehen zu lösen oder nicht zu lösen ist. Die Grundbedingung für algorithmisches Vorgehen ist: Alle Variablen, alle Grundoperationen sowie deren Verknüpfungen müssen bekannt sein. Typisches Beispiel: Erstellung eines Programms für die Computersteuerung einer Ampelanlage

Bei vielen technischen Problemen sind nicht alle Variablen, alle Grundbedingungen und alle Verknüpfungen bekannt. In diesen Fällen kann beim systematischen Vorgehen nur die heuristische Methode angewendet werden. Bei ihr werden Vorschriften verallgemeinert, Vereinfachungen zugelassen und vorher gemachte Erfahrungen einbezogen. Am Ende steht eine wahrscheinliche Aussage, die auf der Anwendung der Analogie beruht. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass am Anfang des Lösungsprozesses nicht alle Variablen und Verknüpfungen bekannt sein müssen – was bei komplexen Prozessen in der Regel gar nicht möglich ist. Während des Lösungsprozesses können Erfahrungen und neue Informationen einfließen. In bezug auf das o. a. Beispiel der Einrichtung einer Küche wird die Anordnung der Küchenmöbel und –geräte sicher heuristisch erfolgen. Eine komplexe Problemlösung kann in einzelne Problemlösungen aufgespalten werden, wobei die einzelnen Probleme je nach Aufgabenstruktur nacheinander oder parallel angegangen werden können. Damit die Teillösungen zueinander passen, müssen vorher ihre Eigenschaften an den Verknüpfungspunkten (Schnittstellen) genau beschrieben und definiert werden.

Die grundsätzliche Methode, technische Aufgabenstellungen zu lösen, wurde als technischer Problemlösungsprozess beschrieben. Der allgemeine Problemlösungsprozess als Methode enthält in seiner Darstellung jedoch keine spezielle Zielrichtung. Typisch für technisches Handeln ist aber gerade das Verfolgen einer Zielstellung. Entsprechend den jeweiligen Zielstellungen werden der Problemlösungsprozeß und damit seine Methoden spezifiziert.

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Es soll ein Bewegungsmelder entwickelt werden. Es gibt mehrere physikalische Effekte, auf deren Grundlage so ein Gerät arbeiten kann: 1. Die Erkennung sich bewegender Körper, die Infrarotstrahlung aussenden 2. Die Erzeugung eines Ultraschallfeldes, das sich durch bewegende Körper verändert 3. Der Aufbau von Lichtschranken Für welche Lösung entscheiden Sie sich? Spiegel Spiegel Infrarotsensor mit Frensel-Linse Ultraschallmikrofon Ultraschallsender Lichtempfänger Lichtsender Die Laserdiode des Senders erzeugt einen Lichtstrahl, den die Spiegeln um das zu überwachende Feld leiten. Der Sensor des Empfängers erzeugt aus dem Licht eine auswertbare Spannung. Wird der Lichtstrahl durch einen Körper unterbrochen, ändert sich die Sensorspannung. Die empfangene Infrarotstrahlung erzeugt im Sensor eine auswertbare elektrische Spannung. Die segmentierte Frensel-Linse sorgt dafür, dass der sich im Raum bewegende Mensch für den Sensor abwechselnd sichtbar und nicht sichtbar ist. Der Ultraschallsender erzeugt ein konstantes Ultraschallfeld. Das Ultraschallmikrofon reagiert auf jede reflektierte Ultraschallwelle, die durch einen sich bewegenden Körper erzeugt wird. Zielrichtung der Methoden

Diagramm Technikfolgenabschätzung

Zielrichtung der Methoden