Systemstruktur

Unter der Struktur versteht man in der Systemtheorie die Gesamtheit der Elemente eines Systems sowie ihre Funktion(en) und Wechselbeziehungen auf der Mikroebene, Makroebene und Mesoebene.

Systemstruktur, Systemverhalten und Systementwicklung bedingen sich gegenseitig.

Die Systemstruktur ergibt sich aus

• den Grenzen (Randbedingungen) des Systems
• der Beschaffenheit der Systemgrenzen (durchlässig, selektiv, etc.)
• der Zahl der Elemente
• der Art der Elemente (physikalisch-stoffliche Natur)
• der Funktion(en) der Elemente innerhalb des Systems
• der Zahl der Beziehungen zwischen den Elementen
• der Art der Beziehungen zwischen den Elementen (stark oder schwach gekoppelt, Stoff-, Energie- oder Informationsfluss, hemmend, fördernd, modulierend, etc.)
• die Zahl der Wechselbeziehungen zur Umwelt
• die Art der Wechselbeziehungen zur Umwelt

Einige Systeme haben eine sehr einfache Struktur (Wetterfahne),

einige eine sehr komplexe (Gehirn, Unternehmen, Auto).

Systemelemente

Bei der Betrachtung von Systemen findet man in der Literatur zahlreiche Begriffe für physikalische Bestandteile, ihre Funktion(en) und ihre Wirkung(en). Dabei können je nach Autor oder nach betrachtetem System unterschiedliche Begriffe dieselbe Bedeutung haben.

Synonyme zur Beschreibung der Wechselbeziehungen zwischen System und Umwelt:

Makroebene: x(t)→[z(t)]→y(t)

x(t)→[      [z(t)]          ]→y(t)
Eingabe                          Ausgabe
Eingang                          Ausgang
Eingangsgröße     Zustandsgröße   Ausgangsgröße
Eingangsvariable Zustandvariable Ausgangsvariable
Störgröße
Stellgröße

Bei vielen Systemen ist die Zustandsgröße gleichzeitig auch die Ausgangsgröße.

Synonyme für die Benennung des Übergabeortes, den Ort der Kopplung zwischen Umwelt und System

Eingang                          Ausgang   
Eingabeelement                    Ausgabeelement        
Rezeptor                          Effektor         siehe    Ethologie
Sinnesorgan                       Muskel           Beispiel Reflexbogen

Eingang und Ausgang sind entsprechend der physikalischen Natur von Eingabe- und Ausgabegrößen ausgelegt. Sie sind bei einfachen Systemen Bestandteile der physikalischen Systemgrenze, bei komplexeren Systemen spezielle Subsysteme.

Einfache Systeme (siehe Systemeigenschaften) bestehen nur aus einem Speicherelement oder einem Übertragungsglied (Beispiel: Behälter mit Zufluss und Abfluss). Komplexere Systeme bestehen aus mehreren Elementen. Bei homogenen Systemen sind die Elemente und ihre Verknüpfungen untereinander alle gleich (Beispiel: Kochsalzkristall) bei heterogenen Systemen unterscheiden sich die Elemente in ihrer Struktur und / oder in ihrer Funktion (Beispiel: Regelsystem, Regelkreislauf). Eine Erweiterung erhalten Systeme durch spezielle Informationsbahnen und Informationsspeicher.

Glieder

Glieder sind Elemente, Subsysteme, Bauteile, Apparate, Organe etc.

1. Führungsglied: enthält das Programm, produziert den Sollwert für das Regelglied, befindet sich bei der Steuerung außerhalb des Systems (Fremdsteuerung), ist bei der Regulation (Eigensteuerung, Selbststeuerung) Element des Systems.
2. Messglied, Messeinrichtung: misst Istwert im Stauglied
3. Störglied
4. Übertragungsglieder übernehmen im System auf der Mikroebene die Verknüpfung zwischen Eingabe und Ausgabe. Dazu gehören:
5. Regelglied, Regler, Regeleinrichtung, Rechenglied: vergleicht Istwert mit Sollwert und erstellt daraus einen Stellwert, der an das Stellglied gerichtet ist; als eigenes Element wird zuweilen der Vergleicher = Summenglied vom Stellwert erzeugenden Regelglied abgetrennt.
6. Stauglied: enthält die beobachteten Systemgrößen bzw. ist das zu regelnde System (eine Anlage oder ein Prozess); bei Regulation auch Regelstrecke, bei Steuerung auch Steuerstrecke genannt. enthält Messort, Stellort und Störort, also die Orte der Verknüpfung mit dem Messglied, dem Stellglied und einer Störung von außen.
7. Führungsglied, Sollwertsteller bei der Regelung
8. Stellglied, Stelleinrichtung
9. Steuerglied, Steuerung, Steuereinrichtung
10. Arbeitsglied, verrichtet mechanische Arbeit im System
11. Übertragungsglieder übernehmen im System auf der Mikroebene die Verknüpfung zwischen Eingabe und Ausgabe.

weitere Glieder:

• Speicher-Elemente
• Koinzidenz-Elemente

Eine Regeleinrichtung besteht aus Signalglied als Sollwertsteller, Vergleicher, Regelglied, Stellglied mit technischem Prozess und Messglied.

Eine Steuereinrichtung besteht aus Signalglied zur Vorgabe der Führungsgröße, Steuerglied, Stellglied mit technischem Prozess und Messglied.

Größen

Größen sind Hauptströme von Stoff- und Energieflüssen

1. Führungsgröße: ermöglicht Zielvorgaben für die Aufgabengröße
2. Stellgröße: bestimmt die Stellung des Stellgliedes
3. Regelgröße: Systemzustand x(t), Aufgabengröße bei der Regelung
4. Steuergröße: Systemzustand x(t), Aufgabengröße bei der Steuerung
5. Störgröße: bewirkt Störungen

Werte

Werte sind die Quantifizierungen der Größen

1. Sollwert, Führungsgröße, Vorgabe: vom Führungsglied an das Regelglied abgegebener Wert, den die Systemgröße einnehmen soll.
2. Istwert: vom Messglied festgestellter tatsächlicher Wert der Systemgröße
3. Stellwert: vom Steuer- oder Regelglied an das Stellglied abgegebene Wert

Größen und Werte werden auf Informationsbahnen übertragen.

Systemarchetypen

Systemarchetypen sind Grundmuster von Systemstrukturen. Sie sind weitverbreitet und erscheinen in unterschiedlichsten Kontexten.