ES1Fol2 - Bionik TU
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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Evolutionsstrategie I“ Logik des Experimentierens und Optimierens Starke und Schwache Kausalität Symbol für ein Versuchobjekt ? Kybernetisches Modell „Schwarzer Kasten“ Analyse des Modells „Schwarzer Kasten“ Reaktion Unsichtbare innere Struktur Reaktionspole Aktionspole Aktion ? 4 Realisierungen des „Schwarzen Kastens“ 1. Tragflügelprofil 2. Stabtragwerk 3. Regelkreis 4. Magisches Quadrat 1. Versuchsobjekt „Tragflügel“ Reaktion Aktion A Auftrieb Widerstand W Profilkoordinaten yo yu 2. Versuchsobjekt „Stabtragwerk“ Reaktion Aktion G2 G1 G3 … Knotenkoordinaten x y Stabgewichte 3. Versuchsobjekt „Regler“ Aktion Reaktion Integralanteil Differentialanteil Proportionalanteil P I D Störgröße z Sollwert w Stellgröße y Regler Regelgröße x x (t) Strecke Regelgröße 4. Versuchsobjekt „Magisches Quadrat“ Aktion Reaktion Feldzahlen 9 1 9 1 9 1 1 9 9 S4 9 1 S5 S1 9 S2 9 S3 1 1 1 9 1 S6 Zeilen-, Spalten- und Diagonalensummen ! ? WAS Die drei Fragen an einen schwarzen Kasten ! ? 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. ! ? WAS ! ! WARUM ? Die drei Fragen an einen schwarzen Kasten ! ? ! 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. ! ? WAS ! ! WARUM ! WOMIT ? ? Die drei Fragen an einen schwarzen Kasten ? ! 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“ A Q A Max W Auftrieb Widerstand W Profilkoordinaten yo yu 2. Qualitätsfunktion „Stabtragwerk“ Q Gi 4 li di2 Min G2 … G1 Stabgewichte Gi Knotenkoordinaten x y 3. Qualitätsfunktion „Regler“ T Q w x(t) dt Min 0 Integralanteil Differentialanteil Proportionalanteil P I D Störgröße z Sollwert w Stellgröße y Regler Strecke Regelgröße x x (t) 4. Qualitätsfunktion „Magisches Quadrat“ 8 Q 1 9 1 9 1 9 9 1 S4 9 1 9 1 S5 S1 9 S2 9 S3 1 1 Min i 1 Feldzahlen 9 Si 15 2 1 S6 Zeilen-, Spalten- und Diagonalensummen Experimentierobjekt Stellkasten mit Qualitätsanzeige Zum Eingangs- Ausgangsverhalten eines Versuchsobjekts Kausalität Schwache Kausalität Starke Kausalität In einer Welt ohne Ordnung sind Strategien nutzlos Strategien arbeiten stets auf einer Weltordnung Versuchsebene Experimentator Modell für ein einfaches Forschungsproblem Optimallösungen Einzugsgebiete von Innovationsgipfeln Mehrgipfelige Entwicklungs- und Optimierungslandschaft x ? Intuition Strategie Qualitätsmessung Versuchsobjekt Verstellbarkeit Experimentierkreis Q Ende
