Quelle: Jahrbuch des Inst. für Marxist. Studien und Forschungen 13/1987
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KOMPLEXE SYSTEME IN NATUR UND TECHNIK -
PROBLEME UND LÖSUNGSMÖGLICHKEITEN
Hans Mikosch *)
1. Wechselwirkung zwischen Produktivkräften und Produktionsver-
hältnissen - 2. Sondersituationen und Standardfälle in Natur und
Technik - 3. Theoretische Behandlung von Nicht-Gleichgewichts-Zu-
ständen - 4. Eine Analogie zwischen natürlichen und künstlichen
Systemen - 5. Störfälle von technischen Anlagen - 6. Notwendig-
keit und Zufall, auch in technischen Anlagen - 7. Möglichkeiten
zur Steuerung komplexer Anlagen ... - 8. ... und weitere ungelö-
ste Probleme - 9. Neue Rechnerarchitekturen ... - 10. ... und
Künstliche Intelligenz - 11. Schlußbemerkung
Es zählt schon zu Standardaussagen, daß der quantitative Umfang
der Nutzung und der Veränderung der Natur durch den Menschen ein
neues qualitatives Niveau erreicht hat und bei unveränderter
Fortführung irreversible globale Schädigungen der Natur erwarten
läßt. Aber selbst "alle gleichzeitigen Gesellschaften zusammen
sind nicht Eigentümer der Erde. Sie sind nur ihre Besitzer, ihre
Nutznießer, und haben sie als boni patres familias den nachfol-
genden Generationen verbessert zu hinterlassen." 1) Nachdenklich
und zweifelnd muß man, diese wahren Worte von Marx im Kopf, das
heute erreichte Niveau der Produktivkraftentwicklung betrachten,
und ernste Kritik ist genauso erforderlich wie eine wissenschaft-
liche Analyse, um insbesonders dem hohen Anspruch der V e r-
b e s s e r u n g der natürlichen Umwelt gerecht zu werden.
1. Wechselwirkung zwischen Produktivkräften
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und Produktionsverhältnissen
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Bei der Analyse der ökonomischen Verhältnisse als Grundlage der
Produktionsverhältnisse und von deren mittelbarem Einfluß auf die
Entwicklung der Produktivkräfte, den materiellen Teil der Gesell-
schaft, wird im Kapitalismus zu Recht das Profitmotiv als das be-
stimmende Element für die gesellschaftliche Entwicklung und deren
Deformationen gesehen. Mit der richtigen Bezeichnung als
H a u p t motiv für die gesellschaftliche Entwicklung stellt
sich aber sowohl die Frage, welche - alte oder neue - Motive nach
seiner Beseitigung in einer sozialistischen Gesellschaft wirken,
welche Motive die relativ unabhängige Entwicklung der Produktiv-
kräfte und im speziellen der Produktionsinstrumente als "Knochen-
und Muskelsystem der Produktion" 2) bestimmen.
Es gibt im gesellschaftlichen Rahmen - auch auf konkret histori-
sche Bedingungen rückführbare - Ursachen dafür, daß auch bei ge-
sellschaftlichem Eigentum an den Produktionsmitteln Maßnahmen er-
griffen werden, die mit Langzeitwirkung und Komplexität die Um-
welt schädigen; ebenso besteht objektiv ein "in der notwendigen
Bedürfnisbefriedigung der Menschen begründeter ökologischer
Grundwiderspruch" 3) zwischen Mensch und Natur, zwischen "der Ar-
beit als dem Vater des Reichtums und der Natur als ihrer Mutter".
Es greift daher wahrscheinlich zu kurz, alle Probleme der Ent-
wicklung der Produktivkräfte und im speziellen der Produktionsin-
strumente als deren mechanisch-technischer Teil dem Privateigen-
tum an den Produktionsmitteln und den sich daraus ergebenden Ge-
setzmäßigkeiten zuzuschreiben.
Mit der Entwicklung der Wissenschaft zur direkten Produktivkraft
bestimmt sie immer mehr Technologien als ihre materialisierten
Produkte. "In früheren Zeiten folgte die Wissenschaft der Indu-
strie, heute besteht für sie die Tendenz zum Überholen und zum
Führen", stellte der britische Kristallograph John D. Bernal
schon vor mehr als 30 Jahren fest. 4) Die Tendenz hat sich durch-
gesetzt und ist entscheidend geworden. Um so wichtiger wird es zu
untersuchen, welche objektiven, im Entwicklungsstand der Produk-
tionsinstrumente selbst liegenden Ursachen bestimmend sind für
die Gefährdung der Natur bei deren Verwendung und ob und welche
Möglichkeiten sich abzeichnen, negative Auswirkungen zu beseiti-
gen. Diese Art der Fragestellung ist sicherlich nicht neu, neu
ist aber wahrscheinlich die Qualität ihrer Bedeutung, die dieser
auf Grund der globalen Bedrohung der Natur zukommt.
Es ist unerläßlich klarzustellen, daß unmittelbar verfügbare, be-
trächtliche Reserven vorhanden sind, die durch gesellschaftliche,
politische und organisatorische Maßnahmen verfügbar gemacht wer-
den müssen, um verschiedene unmittelbare Gefährdungen durch tech-
nische Einrichtungen zu verringern oder zu beseitigen. Die größte
verfügbare Reserve stellen dabei Abrüstungsmaßnahmen besonders
auf nuklearem, aber auch auf konventionellem Gebiet dar, wobei
zuerst die unvergleichlich größten Gefahren, die von Raketenkern-
waffen ausgehen, beseitigt werden müssen; dadurch kann auch das
relativ größte verfügbare Potential an Wissenschaftlern und Tech-
nikern dafür eingesetzt werden, an der Lösung der tatsächlichen
globalen Probleme der Menschheit wie Hunger, Trinkwasserversor-
gung, den verschiedenen kulturellen und klimatischen Gegebenhei-
ten angepaßte Formen der Energieversorgung, Krankheiten von Mala-
ria über Bilharziose bis zu Aids usw. zu arbeiten.
Aber trotz der verschiedenen technisch-apparativen Mängel und der
rein ökonomischen Entscheidungen für ein altes Produktionsverfah-
ren bleibt doch die eigentliche Ursache für den schweren Chemie-
unfall in Seveso 1976 eine nach der damaligen wissenschaftlichen
Kenntnis unbekannte wärmeabgebende Reaktion, die beginnend in
dünnen Schichten der Reaktionslösung nach Abschalten des Reaktors
in mehr als 7 Stunden den gesamten Tankinhalt von mehr als 6 t
schließlich um mehr als 60 °C weiter erhitzte, 5) so das schwere
Gift Dioxin (TCDD) produzierte und den Tank zur Explosion
brachte.
Es ist also wohl auch berechtigt, gezielt die technische Seite zu
untersuchen, um die Bedingungen zu beherrschen oder zu beseiti-
gen, die für ganze Städte und Länder beträchtliche Gefahrensitua-
tionen herbeiführen können.
2. Sondersituationen und Standardfälle in Natur und Technik
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Es scheint sinnvoll, sowohl zu unterscheiden zwischen Unfällen,
Sondersituationen und Standard- oder Normalfällen als auch zwi-
schen natürlichen und, vom Menschen herbeigeführten, künstlichen
Situationen. Als gemeinsames Kennzeichen soll nur gegeben sein
ein vielfältiges, wechselseitiges Beziehungssystem zwischen einer
meist großen Zahl von Einzelelementen und dem Gesamtsystem und,
im allgemeinen, Energie- und Stoffaustausch mit der Umgebung
(offene Systeme). Das Verhalten einzelner Elemente kann dabei
sehr wohl weitgehend genau bekannt sein, es wird aber unter Ein-
fluß anderer Elemente zu einem bestimmten Spielraum, zu einer
Veränderung der Ergebnisse ihres Wirkens kommen.
Es sei als erstes Beispiel für eine natürliche Normalsituation
der globale Wetterablauf angeführt, wobei unter der dauernden En-
ergiezufuhr der Sonne in der Atmosphäre aus ungeordneten Teilchen
wieder neue Strukturen, Wolken, entstehen. Sowohl die große Zahl
verschiedener, nebeneinander ablaufender Vorgänge als auch ihre
spezielle Art (z. B. Diffusionsvorgänge) machen es sogar bei
(praktisch nie zu erreichender) Kenntnis aller Fakten auch theo-
retisch unmöglich, exakte Aussagen über den Zustand in allen Tei-
len des Systems und, darauf aufbauend, zutreffende Vorhersagen zu
machen. 6) Verschärft wird diese Problemstellung durch die unun-
terbrochenen Veränderungen des Gesamtsystems durch die Natur
selbst (CO2-Produktion im jahreszeitlichen Wechsel) und durch den
Menschen, indem verschiedene Stoffe produziert werden, die vorher
nicht oder nicht in diesen Mengen in der Atmosphäre vorhanden wa-
ren. So wurde die Untersuchung der Auswirkungen von Stickoxiden
auf die Atmosphäre zuerst begonnen zur Abschätzung der Folgen von
Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre und des massenhaften Ein-
satzes von Überschallverkehrsflugzeugen in hohen Schichten der
Atmosphäre. 7) Schon diese ursprüngliche Beschreibung des Gesamt-
systems mit mehr als 56 gleichzeitig ablaufenden Gasreaktionen
ist auch theoretisch nur unter stark vereinfachenden Annahmen zu
beherrschen; in jedem Fall ist das Ergebnis stark beeinflußt
durch die Veränderung einzelner Parameter auf Grund von exakteren
Messungen der Kenngrößen von Einzelreaktionen. Dazu kommt, daß
die wesentlich mitzuberücksichtigenden Diffusionsvorgänge zum
Transport der Reaktionspartner typisch irreversible Prozesse
sind, deren Behandlung zwar die "Nichtgleichgewichtsthermodyna-
mik" beschreibt, die aber im Rechenmodell nur durch verschiedene
halbempirische Parameter berücksichtigt werden können.
Die Folge dieser Schwierigkeiten ist zuerst ein beträchtliches
Auseinanderklaffen zwischen Rechenergebnissen und tatsächlichen
Meßwerten und weiters, darauf zurückgehend, ein Anzweifeln von
Methode und Ergebnis. So lassen sich eindeutig und präzise weder
die Auswirkungen von chlorierten und fluorierten Kohlenwasser-
stoffen auf die Ozonschicht der Erde zeigen, noch lassen sich be-
sonders die klimatischen Auswirkungen der Umleitung sibirischer
Ströme in den Süden der Sowjetunion abschätzen. Die Schwierigkei-
ten sind auch enorm: Zum ersten zeigen neue Untersuchungen der
Ozonschicht der Erde eine räumlich (vertikal und horizontal) und
zeitlich stark unterschiedliche Verteilung, wobei noch keine Ab-
schätzung über vermutete menschliche Einflüsse möglich erscheint,
zum zweiten fehlen einfach Untersuchungen über klimatische Aus-
wirkungen des Rückgangs der Vereisung der Nordpolkappe, wenn
durch geringere Süßwasserzufuhr der Salzgehalt des Meerwassers
steigt und damit der Gefrierpunkt sinkt - um nur ein Problem zu
nennen.
Es ist aber jedenfalls zu befürworten, daß Sicherheitsmaßnahmen
getroffen werden, da in jedem Fall irreversible Veränderungen zu
erwarten sind. Dies um so mehr, da durch verbesserte Modelle und
genauere Reaktionsparameter die Tendenz der ersten Ergebnisse (im
Fall des Abbaus der Ozonschicht) bestätigt wurde. 8)
Aber inwieweit ist es überhaupt möglich, sichere Aussagen über
das Verhalten komplexer natürlicher Systeme zu geben?
3. Theoretische Behandlung von Nicht-Gleichgewichts-Zuständen
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Beginnend in der Mitte der 60er Jahre wurden, ausgehend von der
klassischen Thermodynamik (oder besser, richtiger: Thermostatik),
neue Konzepte entwickelt, die beschreiben, wie unter gleichge-
wichtsfernen Bedingungen verschiedene Arten von Prozessen der
Selbstorganisation zu "dissipativen Strukturen" führen können. 9)
Es können oszillierende chemische Reaktionen oder neue, räumliche
Strukturen auftreten, die das Verhalten des Gesamtsystems wesent-
lich beeinflussen. Neben deren durchaus anspruchsvoller mathema-
tischer Beschreibung soll aber vor allem auf die schwierige expe-
rimentelle Zugänglichkeit - vor allem die unsichere Reproduzier-
barkeit schon von Laborversuchen - hingewiesen werden, wodurch
wesentliche Probleme bei der Überprüfung theoretischer Ergebnisse
entstehen.
Bei der Simulation dissipativer Strukturen müssen räumliche,
dreidimensionale Probleme beschrieben werden, wodurch beträchtli-
che Anforderungen an die Rechnerleistung gestellt werden. So sind
z.B. dreidimensionale Modelle zur Klimabeschreibung auch gegen-
wärtig schon rein rechentechnisch nur auf "Supercomputern" (Cray
u. ä.) zu realisieren.
4. Eine Analogie zwischen natürlichen und künstlichen Systemen
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Unter den oben angeführten Voraussetzungen (wechselseitiges Be-
ziehungssystem zwischen Element und Gesamtsystem) kann eine Ana-
logie hergestellt werden zu hochkomplexen technischen Einrichtun-
gen, zu denen vor allem kerntechnische Anlagen, Produktions- und
Verarbeitungsbereiche der Industrie (besonders der chemischen)
und die Großraketen-(Weltraum-)Technik zu zählen sind. Als in al-
len Bereichen zur Konstruktion, Betriebssimulation, Betriebskon-
trolle und -steuerung angewendete Technologie muß die Elektronik
in Form von Rechenanlagen verschiedenster Größe und Aufgabenstel-
lung besonders beachtet werden. Ohne auf die Vielfalt der Pro-
zesse eingehen zu müssen, die durch Prozeßrechnernetze gesteuert
werden sollen und in Großrechenanlagen simuliert werden, ist
schon beim Betrieb von "Nur"-Rechenanlagen festzustellen,
- daß nichtüberblickbare Eigenschaften vorliegen, die sich vor
allem durch Auswirkungen des Zusammenspiels verschiedener Teil-
komponenten ergeben;
- daß für die gesamte Anlage eine hohe Situationsabhängigkeit be-
steht, die vor allem auf die hohe, stets wechselnde Belastung
durch (mehrere) verschiedene Benutzer zurückzuführen ist. Daraus
ergibt sich weiters,
- daß die Reproduzierbarkeit auftretender Störungen sehr schlecht
ist und daher die Fehlereingrenzung und -beseitigung wesentlich
erschwert wird.
Es wäre trivial, ja leichtfertig und überheblich, derartige Pro-
bleme einfach auf schlechte Ausbildung oder unzureichenden Ar-
beitseinsatz zurückführen zu wollen. Auch kann nicht erwartet
werden, daß auftretende unerwünschte Eigenschaften auf konkrete,
echte "Fehler", z.B. in der Hardware, der Software oder in der
Bedienung zurückzuführen sind und daher bei vollständig exaktem
Betrieb zu vermeiden wären; es ist umgekehrt: Derartige Überle-
gungen sind fehlerhaft.
- Die Fertigung der Hardware erfolgt unter Berücksichtigung einer
bestimmten Fehlerquote derart, daß die Mindestzahl der fehler-
freien Schaltelemente den Abnahmebedingungen entspricht; d. h.,
schon kein Bauteil ist vollständig fehlerfrei, sondern es erfüllt
nur die Anforderungen spezieller Testprogramme. 10)
- Auch bei vollkommen ausgetesteten Programmen rechnet man mit
einem Fehler je 1000 Programmzeilen, d.h., es gibt praktisch
keine fehlerfreien Programme.
- Eine p e r f e k t e Bedienungsmannschaft anzustreben, muß
statt als vernünftiges Ziel eher als menschenunwürdig bezeichnet
werden und wäre auch praktisch nicht zu realisieren.
In Fachkreisen sind die Beispiele Legion für simple Programmfeh-
ler, die zum Verlust von Großraketen führten, für den Totalaus-
fall von - natürlich vielfach ausgetesteten, durch Mehrfachsy-
steme gesicherten - digitalen Telefonanlagen oder Funkleitein-
richtungen von Flughäfen. Es liegt offenbar auch bei technischen
Anlagen ein neues, prinzipielles Problem vor, das sich aus der
Komplexität des Systems ergibt. All das gilt schon für den Nor-
malzustand, für den Standardfall. Ungleich verschärft wird die
Problemstellung für Sonder- und Störfälle.
Als derartige Beispiele für die Natur seien - der Vollständigkeit
wegen - Vulkanausbrüche oder Anomalien von Meeresströmungen (z.B.
"El Nino" vor der pazifischen Küste von Mittel- und Südamerika)
angeführt. Hier ist keinerlei experimentelle Reproduzierbarkeit
des Gesamtereignisses mehr gegeben. Dasselbe gilt auch für Stör-
fälle von technischen Anlagen, die etwas ausführlicher zu behan-
deln sind.
5. Störfälle von technischen Anlagen
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Hier sollen vier große Industrieunfälle der letzten Jahre vergli-
chen werden 11) - und zwar (in chronologischer Reihenfolge):
Kühlmittelverlustunfall bei einem Druckwasserreaktor in Three
Mile Island, 12) Explosion eines Methyl-Isocyanat-Tanks in Bho-
pal, 13) Wasserstoffexplosion mit teilweiser Freilegung des Re-
aktorcores in Tschernobyl 14) und Brand eines (Alt-)Chemika-
lienlagers bei Sandoz in Basel. 15) Die Unfallbeherrschung war in
Bhopal sowohl technisch als auch wissenschaftlich relativ am
wenigsten problematisch (auch bei dem früher angeführten Unfall
in Seveso reichte schon ein Wiedereinschalten der Kühlung zur
Beseitigung der Unfallursache). Aber gerade für Bhopal konnte die
Vermutung der aktiven Sabotage (durch Einleiten von 450-900 l
Wasser in den Lagertank) nicht zweifelsfrei ausgeräumt werden.
Hingegen stellte der Vollbrand von mehr als 1200 t und fast 30
verschiedenen Chemikalien (darunter 1,9 t Quecksilber) in Basel
schon für einen Chemiker einen Alptraum dar und überforderte auch
gutausgebildete Löschmannschaften weitgehend; dies betraf insbe-
sonders die Abschätzung möglicher Folgen bei der Wahl unter-
schiedlicher Löschmittel.
Bezüglich der Unfall u r s a c h e mögen Basel (Selbstentzün-
dung [?]) und Three Mile Island (Vergessen eines geschlossenen
Haupthahns im Kühlsystem nach einer Wartung) ähnlich "gering-
fügig" gewesen sein, bei der Unfallbeherrschung stellte doch
letzterer ungleich größere wissenschaftliche Anforderungen. Der
Störfall in Harrisburg wurde aber vor allem kritisch auf Grund
von schwerem Fehlverhalten der (früheren Atom-U-Boot-)Bedienungs-
mannschaft eineinhalb Stunden nach Störfalleintritt. 16)
Sowohl von der Analyse der Unfallursache als auch von den Proble-
men bei der Unfallbeherrschung her stellte der Unfall im KKW
Tschernobyl den kompliziertesten Fall dar. Erst die bewußte Aus-
schaltung von mehreren Sicherheitssystemen über einen Zeitraum
von einigen Stunden führte kurz nach Beginn des beabsichtigten
Turbinenversuchs zu einer lokalen Überhitzung im Reaktor und zu
einer Wasserstoff-(Knallgas-)Explosion. 17)
Es sei an dieser Stelle betont, daß alle angeführten Unfälle
durch verschiedene gesellschaftliche, politische und organisato-
rische Maßnahmen hätten vermieden werden können. Dieser Aspekt
der vielschichtigen Problemstellung soll hier nicht diskutiert
werden; nicht weil er unerheblich wäre, sondern weil entspre-
chende gesellschaftliche Verhältnisse wohl die Voraussetzungen
für mögliche Problemlösungen schaffen können, dies aber noch
nicht die Problemlösung selbst darstellt.
6. Notwendigkeit und Zufall, auch in technischen Anlagen
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Besonders in den beiden zuletzt angeführten Fällen stellte die
Unfallbeherrschung selbst maximale wissenschaftliche und - bei
Tschernobyl - auch technische Anforderungen. Allgemein lautet die
Problemstellung, wie die Wiederherstellung von Normalzuständen
durch technische Maßnahmen unterstützt werden kann, wenn man
chaotische Zustände weitab von Planungs- oder Auslegungsgrößen
vorfindet. Auch hier treten systembedingte Instabilitäten auf,
wobei die große Zahl von Einflußparametern und die große Entfer-
nung vom Normalzustand maßgeblich mitbestimmend sind.
Für solche Situationen gilt auch in technischen Anlagen zumin-
dest, daß rein deterministische Beschreibungen aller Größen für
alle Zeitpunkte nicht mehr möglich sind. Die Schlußfolgerung dar-
aus ist aber nicht notwendigerweise, daß eine Beschreibung prin-
zipiell unmöglich wäre: Die Quantenmechanik beschreibt schon seit
bald 60 Jahren diskrete Zustände von Atomen und Molekülen mit
statistischen Erwartungswerten, die mit den experimentellen Meß-
werten ausgezeichnet übereinstimmen. Damit zeichnet sich aber
auch eine Beschreibung von komplexen technischen Anlagen sowohl
im Normalbetrieb als auch in Störfallsituationen ab.
In der Wirklichkeit laufen stets neben notwendigen, deterministi-
schen Vorgängen auch zufällige, statistische ab. Zufällige Ereig-
nisse sind dabei sowohl Ergänzung als auch Erscheinungsform der
notwendigen; sie erfordern eine ihnen entsprechende Beschreibung
durch statistische Gesetze. Diese treten überall dort auf, wo die
Beziehungen zwischen System und Elementen wesentlich werden
und/oder Rückschlüsse vom System auf das Verhalten der Einzelele-
mente gezogen werden sollen. In keinem Fall bedeutet dies aber
eine Abkehr von der prinzipiellen Möglichkeit der Beschreibung
und Darstellung der Realität.
"Die Diskussion um das Verhältnis von dynamischen und statisti-
schen Gesetzen führte zur Präzisierung der Gesetzesauffassung im
dialektischen Determinismus. Die Anerkennung der objektiven Exi-
stenz von Möglichkeitsfeldern, die Bestimmung von Wahrscheinlich-
keiten für zukünftige Ereignisse und die Auffassung von der Exi-
stenz einer Systemmöglichkeit, die notwendig Wirklichkeit wird,
ändert nichts an der von den Klassikern entwickelten Auffassung,
nach der objektive Gesetze allgemein-notwendige, das heißt repro-
duzierbare und wesentliche, das heißt den Charakter der Erschei-
nung bestimmende Zusammenhänge sind, sie führen vielmehr zu einem
besseren Verständnis des gesetzmäßigen Verlaufs von natürlichen
und gesellschaftlichen Prozessen." 18) Diese Aussage kann ohne
Vernachlässigung der Allgemeinheit der Überlegungen ausgeweitet
werden auf künstliche (technische) Prozesse.
Praktisch angewendet würde dies bedeuten, daß Betriebsabnahmeprü-
fungen und Zulassungsentscheidungen von staatlichen, öffentlichen
Stellen auf Grundlage von stochastischen Analysen des Verhaltens
von technischen Anlagen durchgeführt werden müssen. Voraussetzung
dafür wären aber zuerst die theoretische Entwicklung dazu ge-
eigneter Methoden, diesen entsprechende Steuer- und Kontrollein-
richtungen und deren praktische Überprüfung. 19)
Die bisherige Vorgangsweise besteht zum einen darin, für be-
stimmte, als "unsicher" erkannte Teile Zusatzeinrichtungen (oder
Neuplanungen) vorzuschreiben. Ob derartige Veränderungen jeder
Art neben der (notwendigerweise) erhöhten Komplexität auch die
Zuverlässigkeit insgesamt erhöhen, ist zu bezweifeln, jedenfalls
nicht zu demonstrieren. 20) (Um Mißverständnisse zu vermeiden:
Selbstverständlich ist das aktuelle Niveau von [im konkreten
Fall] Sicherheitseinrichtungen heute praktisch in jedem Fall
niedriger als das potentiell mögliche; und eine Schranke zur
"Unüberblickbarkeit" der Gesamtanlage ist nicht fix, sondern ab-
hängig von Meß- und Steuereinrichtungen. Trotz allfälliger objek-
tiver Grenzen sind daher unmittelbare Maßnahmen möglich, um Be-
triebssicherheiten zu erhöhen.)
Zum anderen wird versucht, Interpretationen oder Entscheidungen
von großen automatischen Anlagen an (mehreren) entscheidenden
Stellen durch Menschen zu überprüfen, um derart über Eingriffs-
und Kontrollmöglichkeiten zu verfügen. Gleichzeitig damit schafft
man aber Möglichkeiten, ganze Sicherheitssysteme bei guter Kennt-
nis des Gesamtsystems auszuschalten oder zu umgehen. Daß dies zu
Betriebszuständen führen kann, die keine Planung für den Normal-
betrieb oder für Störfälle berücksichtigen könnte, 21) ist eine
entscheidende Einschränkung und die schwerwiegendste sicherheits-
technische Konsequenz aus dem Unfall in Tschernobyl.
Gibt es dann überhaupt realisierbare Methoden, um die Betriebssi-
cherheit und die Zuverlässigkeit von großtechnischen Anlagen zu
erhöhen, ohne sich durch Ausschaltung des Menschen vollkommen auf
automatische Systeme verlassen zu müssen, oder ist die Grenze der
Beherrschbarkeit von komplexer Technik schon erreicht oder über-
schritten?
7. Möglichkeiten zur Steuerung komplexer Anlagen ...
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Ein Blick in die Natur zeigt, daß ungleich kompliziertere Aufga-
ben ungleich schneller und zuverlässig gelöst werden. Das gilt
selbstverständlich für das menschliche Gehirn als die höchstent-
wickelte materielle Struktur; aber auch die "dezentrale, real-
time" Bildverarbeitung z.B. der beiden unabhängig voneinander
beutesuchenden Chamäleonaugen zeigt durch ihre unvergleichliche
Überlegenheit gegenüber dem derzeitigen Stand der elektronischen
Bildverarbeitung Entwicklungsmöglichkeiten auf, die schon bei
teilweiser Nutzung beträchtliche Verbesserungen der Leistungsfä-
higkeit künstlicher Systeme bringen müssen.
Diese großen Aufgaben stellen Anwendungsgebiete für Künstliche
Intelligenz (auf die später noch eingegangen wird) dar, die ge-
genwärtig intensiv erforscht werden, aber für die entsprechende
Einrichtungen heute nicht zur Verfügung stehen; daneben gibt es
aber eine ganze Reihe von anderen technischen Möglichkeiten zur
Verbesserung der aktuellen Situation. Eine davon wäre vor allem
die stärkere Ausnutzung der graphischen und farblichen Erken-
nungsfähigkeit des menschlichen Auges zur Darstellung von Zustän-
den und/oder Vorgängen. Die Verwendung von Graphik-Farbbildschir-
men 22) in Schaltwarten von Großanlagen stellt eine beträchtliche
Arbeitsverbesserung für den Normalbetrieb und eine Entscheidungs-
unterstützung für geplante Änderungen des Betriebszustandes (An-
und Abschaltphasen) und für Störfälle dar.
8. ... und weitere ungelöste Probleme
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Durch die so erzielte Zusammenfassung verschiedener Daten und die
Verbesserung ihrer Erfaßbarkeit wird trotzdem bestenfalls ein
Schritt getan zur Lösung eines Hauptproblems, das besonders bei
Störfällen gravierend wird, und zwar das Problem der Informati-
onsreduktion. So lief bei dem Störfall in Harrisburg der Drucker
des Prozeßrechners zweieinhalb Stunden hinter den aktuellen Er-
eignissen nach, seine Daten waren praktisch nicht zu verwenden.
23) Es sind also Methoden erforderlich, die in Abhängigkeit von
der anfallenden Datenmenge Entscheidungen treffen über die Wich-
tigkeit von Informationen. Dies ist zwar ein gegenwärtig ungelö-
stes, jedoch keineswegs unlösbares Problem der modernen elektro-
nischen Informationsverarbeitung; es ist offenbar gerade die Fä-
higkeit zum Vergleich mit ganzen Mustern (anstelle des Vergleichs
von Einzelbildpunkten) der entscheidende Grund für die Überlegen-
heit aller natürlichen Systeme. Dies ist eine vom Prinzip her
ähnliche Aufgabenstellung wie für das bildhafte Erkennen und für
Erinnerungsvorgänge im menschlichen Gehirn.
Es wurde in jüngster Zeit auch experimentell bestätigt, daß die
natürliche Bildverarbeitung auf einem stufenweisen Wahrnehmungs-
prozeß beruht, der von Umrissen und Merkmalen weitergeht zu Ein-
zelheiten und Details. 24) Dem entsprechen schon länger entwic-
kelte Methoden, Kennzeichen und Eigenschaften (z.B. von Stoffen)
zu Klassifikatoren zusammenzufassen, um so die Suche in großen
Datenbanken sowohl zu beschleunigen als auch zuverlässiger,
treffsicherer zu machen. 25) Entscheidend wird dabei natürlich
die Wahl, der Aufbau des Klassifikators und die Methode des Su-
chens in einer Daten-(Wissens-)Bank.
Damit folgt das nächste Problem auf dem Fuß: Ein Mensch mit mehr
Wissen und Erfahrung (ein "Experte") fällt (normalerweise) in
neuen Situationen raschere Entscheidungen als eine Vergleichsper-
son mit weniger Wissen; wird hingegen bei einem automatischen Sy-
stem die Wissensbasis erhöht, d.h. vergrößert, so verlängert sich
unmittelbar auch die zur Entscheidungsfindung erforderliche Zeit.
Das ist einer der Hauptgründe dafür, daß Fachleute grundsätzlich
bestreiten, wissensbasierte Systeme (Künstliche Intelligenz)
seien geeignet zur Steuerung und Kontrolle hochkomplexer Systeme.
26) Diese Einschätzung trifft sicherlich zu auf die heute aktuel-
len Methoden, aber mit diesen sind nicht alle Möglichkeiten er-
schöpft.
9. Neue Rechnerarchitekturen "
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Der beschriebene Effekt der Entscheidungsverzögerung bei Erhöhung
der Wissensbasis kann nur überwunden werden durch neue technische
Konzepte und, eng damit verbunden, durch neue Programmethoden.
Daß eine einfache Erhöhung der Rechengeschwindigkeit nicht zum
Ziel führen kann, mag die Tatsache zeigen, daß schon die heutigen
Bauteile um ein Vielfaches "schneller" sind als menschliche Neu-
ronen, die Schaltteile im Gehirn.
Die auf von Neumann zurückgehende Zusammenfassung von Programm
und Rechenwerk in einer Rechnerarchitektur mit je einem Speicher,
Rechenwerk und Steuereinheit für eine sequentielle Abarbeitung
des Programms kann diese Aufgaben jedenfalls nicht lösen. Andere,
schon vielfach im Einsatz befindliche Rechnerkonzepte erlauben
zuerst eine parallele, gleichzeitige Verarbeitung mehrerer
gleichartiger Schritte durch eine Vergrößerung der Zahl der Re-
chenwerke (Vektorrechner) oder, als nächste Stufe der Vernetzung,
Parallelprozessoren mit mehr als 65 k Prozessoren, die unterein-
ander entsprechend ihrer Aufgabenstellung vernetzt werden können.
27) Derartige Rechner ermöglichen - vor allem auf Grund der neuen
Architektur - durch eine entscheidend höhere Verarbeitungsge-
schwindigkeit das Lösen einer Vielzahl von Aufgabenstellungen in
der Bild- und Signalverarbeitung und der Mustererkennung. Ihre
Arbeitsweise ähnelt wahrscheinlich mehr der natürlichen Informa-
tionsverarbeitung als die Von-Neumann-Architektur.
Die hardwaremäßige Simulation der natürlichen Mustererkennung
wird mit "holistischen Maschinen" versucht. Dabei sollen spe-
zielle Eigenschaften von holographischen Bildern genutzt werden:
Diese speichern auf Grund ihrer speziellen Aufnahmetechnik
(Interferogramme) in jedem Bildpunkt die gesamte Information des
Bildes. Wird also ein Hologramm zerbrochen, so liefert jedes
Bruchstück trotzdem ein vollständiges Bild, nur mit einer etwas
geringeren Auflösung. Entscheidend ist aber, daß ein Vergleich
der Ähnlichkeit zweier Muster möglich wird - nicht durch Überprü-
fung ihrer Einzelmerkmale, sondern durch den direkten Vergleich
des gesamten Bildes. 28)
Schließlich seien noch "dedicated Systems" erwähnt, die nicht
mehr universell die verschiedensten Aufgaben erfüllen können,
sondern ausschließlich ganz bestimmte, hardwaremäßig festgelegte,
diese aber dafür schnell und fehlerfrei. Derartige Systeme sollen
helfen, programminhärente Fehler zu vermeiden oder ihre Folgen
unwirksam zu machen.
Ähnliche Veränderungen wie bei den Rechnern sind auch bei den
Programmen in dem Ausmaß erforderlich, wie an Stelle der Lösung
rein numerischer Aufgabenstellungen die Behandlung vielfacher lo-
gischer Entscheidungen auf Grundlage von Wahrscheinlichkeitskal-
külen 29) angestrebt wird. Die bisherigen ablauforientierten Pro-
gramme (Algorithmen) müssen dafür ersetzt werden durch symbolori-
entierte Programme in entsprechenden Sprachen (LISP, PROLOG u.
ä.), die, verbunden mit einer neuen, fünften Rechnergeneration,
Aufgaben der Künstlichen Intelligenz (Bild- und Sprachverarbei-
tung, Expertensysteme mit Lernfähigkeit) lösen sollen.
10. ...und Künstliche Intelligenz
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Die Verwendung wissensbasierter Systeme setzt allerdings den Auf-
bau ihrer Wissensbasis voraus, und damit entstehen aktuelle,
große Schwierigkeiten: Es sind grundlegende Fragen zu lösen, die
die Wissensdarstellung und die Wissensorganisation betreffen. 30)
Darüber hinaus ist aber gegenwärtig weder klar, wie die subjek-
tive Entscheidungsfindung und die Motivation für eine bestimmte
Entscheidungsstrategie eines Experten formalisierbar ist, noch
wie "Alltagswissen" als Datenbank dem Rechner zur Verfügung ge-
stellt werden kann oder auf welchen Wegen er dieses "erlernen"
soll.
Es ist bisher zwar gelungen, Faktenwissen zu speichern; die Me-
thode aber, wie Experten ihr Wissen nutzen, läßt sich bisher
nicht (vielleicht prinzipiell nicht?) simulieren. Alle Versuche
scheiterten bisher eigentlich schon daran, daß Experten selbst
ihre meist richtigen Entscheidungen weder vorher noch nachträg-
lich rational nachvollziehbar beschreiben können. 31)
Auch so einfache Tätigkeiten wie "Gehen" und "Radfahren" entzie-
hen sich nicht nur einer elektronischen Darstellung und Simula-
tion - nicht zuletzt wegen der ungeheuren Datenflut, die für jede
Einzelentscheidung verarbeitet werden muß -, sondern stellen auch
ingenieurtechnisch unlösbare Probleme bei der Konstruktion ent-
sprechender Apparate.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß auch technische,
informationstheoretische Zugänge zur Frage der Repräsentation von
Allgemeinwissen zur Erkenntnis führen, daß dazu soziale Beziehun-
gen formalisiert 32) und dem Computer verfügbar gemacht werden
müssen - eine nicht nur praktisch unlösbare Aufgabe. Die philoso-
phisch-weltanschauliche Frage des Menschenbildes in seiner sozia-
len Umwelt und der Möglichkeiten seiner Darstellung in logischen
Systemen soll hier nicht diskutiert werden, weil beim Betrieb
technischer Anlagen der Mensch nicht ersetzt, sondern in seinen
Entscheidungen unterstützt werden soll.
Wohl wird auch die Frage, wie und ob Expertensysteme für Teilbe-
reiche (z.B. Medizin - MYCIN, 33) Analytische Chemie - DENDRAL
34) u.a.m.) tatsächlich leistungsfähiger sind als Fachleute oder
ob sie ihnen Routinetätigkeiten abnehmen können, durchaus kon-
troversiell diskutiert. Aber die schon vor einigen Jahren begon-
nene und sich ausweitende Speicherung der verschiedensten umfang-
reichen Datenmengen und ihre prompte Verfügbarkeit für schnelle
Rechner wird erst in einiger Zeit Aussagen über die Leistungsfä-
higkeit und Wertungen von Anwendungen der Künstlichen Intelligenz
erlauben.
Die zweite industrielle Revolution, mit der durch informations-
verarbeitende Maschinen in Produktions- und Arbeitsprozessen
Schranken des geistigen Arbeitsvermögens der Menschen überwunden
werden, 35) hat jedenfalls noch einen weiten Weg vor sich.
11. Schlußbemerkung
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Es wurde versucht, einige Probleme zu beschreiben und Lösungsmög-
lichkeiten zu diskutieren, die sich aus dem heutigen Stand der
Entwicklung der Produktionsinstrumente ergeben. Die Produktiv-
kräfte als Ganzes mit ihrem Hauptbestandteil, dem Menschen, sind
bestimmender Teil bei der Weiterentwicklung der Gesellschaft und
erfordern immer wieder die Anpassung der gesellschaftlichen Ver-
hältnisse. 36) Diese müssen auch Entscheidungen ermöglichen, aus
der Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten von Technologien die un-
angemessenen, gefährlichen nicht zu verwirklichen. Letzteres ist
auch dann erforderlich, wenn ihr Betrieb nicht sicher kontrol-
lierbar oder ihre Auswirkungen nicht abschätzbar und damit nicht
verantwortbar sind.
_____
*) Ich möchte meinen Kollegen und Freunden, im besonderen Rein-
hart Gausterer, Thomas Grechenig und Reinhold Sturm, für die kon-
struktive Diskussion und damit für die Unterstützung danken, ohne
die es nicht möglich gewesen wäre, den folgenden Beitrag fertig-
zustellen.
1) K. Marx "Das Kapital", Bd. 3, MEW 25, S. 784.
2) Ebd., Bd. 1, MEW 23, S. 195.
3) H. Hörz "Philosophie und Ökologie", Sitzungsberichte d. ADW d.
DDR, 5N/1986, S. Uff.
4) J.D. Bernal "Science in History", London 1954, p. 23.
5) T.G. Theofanus, Nature 291, 640-2 (1981); J. Sambeth, Nachr.
Chem. Tech. Lab. 30, 367-71 (1982).
6) Siehe dazu auch den Beitrag von Booß-Bavnbek/Bohle-Carbonell
in diesem Band.
7) P. Crutzen, Ambio 1, 41 (1971); 3, 201-10 (1974); P. Crutzen,
D. Ehhalt, Ambio 6, 112-7 (1977).
8) I.S.A. Isaksen, F. Stordal, Ambio 10, 9-17 (1981); siehe auch:
U. Feister, spectrum 18 (6), 6 (1987).
9) I. Prigogine, G. Nicolis, J. Chem. Phys. 46, 3542-50 (1967);
I. Prigogine, R. Lefever, J. Chem. Phys. 48, 1695-700 (1968); P.
Glansdorff, I. Prigogine "Thermodynamic Theory of Structure, Sta-
bility and Fluctuations", London 1971; I. Prigogine "Vom Sein zum
Werden", München 1979; H. Haken "Synergetics", Berlin (W.) 1978.
10) H. Queisser "Kristallne Krisen", München 1985, S. 307.
11) Es wäre sicherlich korrekter, eine systematische Untersuchung
über Industrieunfälle während eines bestimmten Zeitraums nach
verschiedenen Kriterien auszuwerten. Eine derartige Untersuchung
ist dem Autor nicht bekannt; es ist daher sowohl die Auswahl si-
cherlich etwas willkürlich als auch der Vergleich nicht streng
systematisch.
12) The President's Commission (LG. Kemeny, chairman), Report on
"The Accident at Three Mile Island", Düsseldorf 1979 (deutsch:
"Der Störfall von Harrisburg"); im folgenden: TMI-2.
13) Union Carbide Corporation "Bhopal Methyl Isocyanat Incident
Investigation Team Report", Danbury, Conn. 1985; Special Issue:
Bhopal, Chem. Eng. News. 63 (6), 14 (1985); R. Klinger, Nachr.
Chem. Tech. Lab. 33 (7), 590 (1985).
Zur Toxizität von MIC (Mutagenität, Gentoxizität, Chromosomen-
schädigung): E.E. McConnell et al., Environ. Sci. Technol. 21
(2), 188-93 (1987).
14) USSR State Committee on the Utilization of Atomic Energy "The
Accident at the Chernobyl' Nuclear Power Plant and its Consequen-
ces", IAEO, Wien 1986; im folgenden: RBMK-1000.
15) Nachr. Chem. Tech. Lab. 34 (12), 1184 (1986).
16) E. Finckh, U. Waas, Phys. i.u.Z. 10 (4), 114-8 (1979).
17) RBMK-1000, Part I, p. 15 ff.
18) H. Hörz "Zufall - eine philosophische Untersuchung", Berlin
(DDR) 1980, S. 209; siehe auch: Acad. F.V. Konstantinov (ed.)
"The Fundamentals of Marxist-Leninist Philosophy", Moskau 1982
(engl.), p. 134 ff.
19) Siehe z.B. U. Fiedler, F. Baldeweg, wissensch. u. fortschr.
37 (2), 39-42 (1987).
20) R.K. Lester, Spektr. Wiss. 1986 (5), 42-52.
21) RBMK-1000, Part I, p. 23.
22) Chem. Anl. + Verf. Elektronik, 1987 Juli, 18; H.-F. Brinck-
mann, wissensch. u. fortschr. 37 (6), 136-9 (1987).
23) TMI-2, S. 51, weiters: "Über 100 Alarmmeldungen wurden in den
frühen Stadien des Störfalls ausgelöst, ohne daß eine Möglichkeit
bestand, die unwichtigen zu unterdrücken und die wichtigen zu
identifizieren."
S. 120: Faust (Operator): "Ich hätte die Schalttafel an die Wand
werfen mögen. Sie gab uns zwar viele, aber keine wirklich wichti-
gen Informationen."
24) R. Finke, Spektr. Wiss. 1986 (5), 78-86.
25) K. Fukunaga "Introduction to Statistical Pattern Recogni-
tion", New York 1972; siehe z.B. auch: K. Varmuza "Pattern Reco-
gnition in Chemistry", Berlin (W.) 1980.
26) H.L. Dreyfus, S.E. Dreyfus "Künstliche Intelligenz", Reinbek
1987, S. 32 u. S. 167.
27) W.D. Hillis, Spektr. Wiss. 1987 (8), 52-60.
28) Dreyfus, Dreyfus, a.a.O., S. 91.
29) E. Charniak, D. McDermott "Introduction to Artificial Intel-
ligence", Reading Mass. 1985, p. 460: Bayes' Theorem.
30) Ebenda, p. 393.
31) Dreyfus, Dreyfus, a.a.O., S. 37 ff.
32) Ebenda, S. 113 f.
33) Siehe z.B. R. Davis, R. Buchanan, E. Shortliffe, Artifical
Intelligence 8, 15-45 (1977).
34) DENDRAL geht zurück auf eine Anregung von E. A. Feigenbaum u.
J. Lederberg; für eine weiterentwickelte Version siehe: D.H.
Smith et al. "Heuristic DENDRAL: Analysis of Molecular Struc-
ture", pp 287-315 in: W.T. Wipke et al. (eds.) "Computer Repre-
sentation and Manipulation of Chemical Information", New York
1974.
35) H. Nick, K. Seinitz, Wirtschaftswissenschaft 1982 (11), 1622.
36) J. Ligatschow, Probleme des Friedens und des Sozialismus 30
(7), 867-77 (1987), im speziellen (S. 868): "Erstens: Der ökono-
mische Inhalt der Umgestaltung (in der UdSSR, H.M.) besteht
darin, daß die Produktionsverhältnisse mit dem neuen Stand der
Produktivkräfte in Übereinstimmung gebracht werden. Das ist ein
revolutionäres Merkmal."
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