Black Box (Kybernetik)

Als Black Box bezeichnet man in Kybernetik und Systemtheorie ein (möglicherweise sehr komplexes) System, von welchem im gegebenen Zusammenhang nur das äußere Verhalten betrachtet werden soll. Die innere Struktur mag bekannt sein; solche Kenntnis darf aber nicht benutzt werden (etwa weil ein Nachfolgemodell innen anders gebaut sein darf). Man beschränkt sich bei der Untersuchung und Beschreibung auf die Messung der Input-Output-Beziehungen (EVA-Prinzip).

Anders als ein geschlossenes System in der Thermodynamik darf so ein System auch Materie mit der Umgebung austauschen, zum Beispiel ein Fahrscheinautomat.

Wortherkunft

Der Begriff Black Box (engl. schwarze Kiste) stammt ursprünglich aus der militärischen Fernmeldetechnik und bezeichnete erbeutetes Feindgerät, das wegen der möglicherweise darin enthaltenen Sprengladung nicht geöffnet werden durfte.

Übersicht

Allgemein ist eine Black Box ein Objekt, dessen innerer Aufbau und innere Funktionsweise unbekannt sind oder als nicht von Bedeutung erachtet werden. Von Interesse ist vielmehr nur das Verhalten der Black Box, die über definierte Schnittstellen eine bestimmte sicherstellt. Die Motivation bei der Verwendung des Begriffs tendiert zu das Innere interessiert (jetzt) nicht, auch wenn er manchmal im Sinn von wir wissen es (sowieso) nicht verwendet wird. Diese Herangehensweise wird oft verwendet, um die Komplexität des Beobachtungsgegenstandes zu reduzieren. Das bewusste Weglassen von detaillierterer Information (Tiefeninformation) wird auch als Geheimnisprinzip bezeichnet. Der Systembearbeiter erhält dadurch einen energetischen Vorteil, den er für andere (theoretische und praktische) Belange verwenden kann.

"The only conceivable way of unveiling a black box, is to play with it" ("Der einzig denkbare Weg, um das Innere einer Black Box aufzudecken, ist, damit zu spielen.") René Thom, Mathematical Models, S. 298.

In der Systemtheorie wird die Black-Box-Betrachtungsweise methodisch eingesetzt, indem zur Analyse des Systemverhaltens lediglich die Beziehung zwischen Reiz bzw. Input und Reaktion bzw. Output analysiert wird. Kausalität ist dabei nicht vorausgesetzt, sondern eine vereinfachende Annahme. Idealerweise erlaubt die mathematische Beschreibung dieser Beziehungen Rückschlüsse auf das Substrat und die Art der Verschaltungen der Signale innerhalb des Systems.

Anwendung

Typische Form des Black-Box-Modells ist die Modularisierung.

Erfolgreich angewendet wird diese Methode bei elektronischen Schaltkreisen, neuronalen Systemen (Neuronale Netze, Einzelneuronen) Als Eingangsreize werden analytisch leicht analysierbare Signalformen wie z. B. sinusoidale Signale gewählt. Als Zwischenstadium der Analyse werden so genannte Ersatzschaltbilder konstruiert, in denen verschiedene elektronische Filter dem Systemverhalten entsprechend miteinander verschaltet werden. Daneben findet die Methode in zahlreichen numerisch-mathematischen Verfahren Anwendung.

Datenkapselung in der Programmierung und der Black-Box-Test bei der Software-Entwicklung sind Methoden der Softwareentwicklung.

Aus Sicht der organisatorischen Verantwortlichkeit wird von einer Black Box gesprochen, um etwa zu verdeutlichen, dass ein Wartungstechniker für gewisse innere Funktion eines Bauteils nicht zuständig ist - im Falle des Versagens soll es nur im Ganzen ausgetauscht werden.

Literatur

• Rene Thom: Mathematical Models of Morphogenesis. Chichester: Ellis Horwood 1984. ISBN 0135615151
• Niklas Luhmann: Soziale Systeme. Grundriss einer allgemeinen Theorie. Frankfurt am Main: Suhrkamp, 12. Aufl. 2006. ISBN 3518282662

Siehe auch

• Beobachtung zweiter Ordnung;
• Purposive System;
• Black Box (Psychologie);
• Objektorientierte Programmierung: Kenntnis des Inneren darf außen nicht benutzt werden.