Ein Stromausfall, eine gestörte Verkehrssteuerung oder eine vernetzte Industrieanlage, die aus dem Takt gerät: In solchen Situationen zeigt sich, wie belastbar technische Systeme wirklich sind. Entscheidend ist dabei nicht nur, dass eine Störung auftritt – sondern wie sich diese Störung über die Zeit entwickelt.
Forschende der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) beschreiben in einer aktuellen Arbeit ein grundlegendes neues Verständnis von Resilienz technischer Systeme: Resilienz ist keine statische Eigenschaft, sondern ein zeitabhängiger dynamischer Prozess. Genau diese zeitliche Entwicklung steht im Zentrum der Analyse – und nicht mehr ein einzelner Kennwert.
Vom Moment zur Dynamik: ein neues Verständnis von Resilienz
Resilienz wurde bislang häufig als Momentaufnahme beschrieben – etwa über einzelne Indizes oder Messwerte. Der neue Ansatz zeigt jedoch: Reale Systeme lassen sich nur verstehen, wenn ihr gesamter zeitlicher Verlauf betrachtet wird.
„Bisher haben wir Resilienz oft wie ein Foto betrachtet – als Momentaufnahme“, erklärt Peter Langendörfer. „Unsere Arbeit zeigt, dass wir den ganzen Film betrachten müssen: Erst der zeitliche Verlauf macht sichtbar, wie gut ein System wirklich mit Störungen umgehen kann.“
Damit wird die zentrale Perspektive klar verschoben: weg vom Zustand – hin zur Dynamik.
Zeitverlauf als Kern der Analyse
Die Forschenden betrachten daher nicht einzelne Systemzustände, sondern den vollständigen Verlauf einer Störung. Im Fokus stehen dabei insbesondere:
- wie stark ein System aus dem Gleichgewicht gerät
- wie schnell es sich wieder stabilisiert
- und wie lange Nachwirkungen der Störung anhalten
Diese Entwicklung wird als Risikotrajektorie beschrieben – also als zeitlicher Verlauf des Systemrisikos.
Belegstruktur des neuen Ansatzes: Peak und Dämpfung
Zur Beschreibung dieser Dynamik identifiziert die Studie zwei zentrale Größen:
- Peak (maximaler Ausschlag): Wie stark trifft die Störung das System?
- Dämpfung (Erholungsdynamik): Wie schnell kehrt das System in einen stabilen Zustandzurück?
Diese Größen sind nicht als konkurrierende Erklärungen zu verstehen, sondern als konkrete Ausprägungen des neuen dynamischen Resilienz-Verständnisses.
“Resilienz ist keine einzelne Kennzahl, sondern entsteht aus der Dynamik eines Systems”, so Elisabeth Vogel. “Entscheidend ist das Zusammenspiel von Störungsstärke und Erholungsfähigkeit.”
Warum klassische Bewertungen zu kurz greifen
Ein vereinfachtes Beispiel zeigt die Relevanz: Zwei Systeme können derselben Störung ausgesetzt sein, reagieren jedoch unterschiedlich. Während sich eines schnell erholt, bleibt das andere länger beeinträchtigt.
Genau diese Unterschiede in Erholungsdauer und Gesamtbelastung bleiben in klassischen, statischen Bewertungsansätzen häufig unsichtbar. Der neue Ansatz macht sie erstmals systematisch sichtbar, indem er den zeitlichen Verlauf in den Mittelpunkt stellt.
Resilienz trifft Systemtheorie
Die Arbeit verbindet die praktische Bewertung von Resilienz erstmals direkt mit der mathematischen Theorie dynamischer Systeme. Dadurch wird Resilienz nicht nur messbar, sondern auch erklärbar – als Ergebnis von Stabilität, Rückkopplung und zeitlichem Verhalten.
Bedeutung für kritische Infrastrukturen
Ob Energieversorgung, Verkehr oder Industrie: Moderne Infrastrukturen sind hochvernetzt und komplex. Entscheidend ist daher nicht nur der Ausfall selbst, sondern dessen zeitlicher Verlauf.
“Für kritische Infrastrukturen reicht es nicht zu wissen, dass etwas ausfällt”, sagt Peter Langendörfer. „Wir müssen verstehen, wie sich dieser Ausfall über die Zeit entwickelt – nur so können Systeme wirklich resilient gestaltet werden.“
Blick nach vorn
Künftig wollen die Forschenden ihren Ansatz mit realen Daten validieren und auf komplexere Systeme übertragen. Auch der Einsatz datengetriebener und KI-basierter Methoden ist geplant. Ziel ist es, Systemverhalten im Störungsfall nicht nur zu beschreiben, sondern vorherzusagen und gezielt zu steuern.
Text: Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU)