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08.11.2016, 12:30 Uhr

Klasse für Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften, 105. Sitzung

Themenklassensitzung Thema: Risiko Prof. Dr. Andreas Schumann, Bochum: Können wir das Hochwasserrisiko beherrschen?; Prof. Dr. Andreas Pfingsten, Münster: Risikomessung und Risikowahrnehmung im Finanzbereich; Prof.' in Dr. Brigitte Werners, Bochum: Entscheidungsunterstützung in risikobehafteten Situationen; Dr. Steffen Freitag, Bochum: Polymorphe Unschärfemodellierung zur baustatischen Sicherheitsbeurteilung und Risikoabschätzung

Risiko und Risiken sind alltäglich und allgegenwärtig, auch wenn man das gerne verdrängt. Jedes Risiko ist dabei mit subjektiv bewerteter oder mit objektiv bewertbarer Unsicherheit verknüpft: Wenn wir mit dem Auto fahren, erwarten wir, dass wir ohne technische Defekte ans Ziel kommen. Als sicher eingeschätzte Verkehrsmittel, nicht nur sichere Autos, gehören dabei unabdingbar zu einer funktionierenden Gesellschaft, obwohl kleine und große Pannen, schlimmer noch schreckliche Unfälle, niemals völlig ausgeschlossen werden können.

Wer über eine Brücke geht oder fährt oder wer sich in einem Gebäude aufhält, geht davon aus, dass nichts einstürzt und etwa Lebensgefahr droht. Diesen Erwartungen zum Trotz gibt es immer wieder Katastrophen durch Erdbeben, Einwirkungen infolge Klimaschwankungen (Jahrhunderthochwasser, außergewöhnliche Schnee- und Eislasten, riesige Flutwellen, Orkane mit Verwüstung, etc.), aber z. B. auch Einstürze von Tragwerken durch Materialermüdung. Ganz selbstverständlich rechnen wir auch nicht damit, dass unsere Versorgung mit Energie, mit Wasser, mit Nahrungsmitteln, mit Gütern ernsthaft gefährdet ist, obwohl hier ebenfalls bedrohliches Gefährdungspotential unterschiedlichster Art existiert.

Wer Aktien kauft oder Geld anderweitig anlegt, der weiß oder sollte zumindest wissen, dass höhere erwartete Renditen regelmäßig mit höheren Risiken einhergehen. Die derzeitige Zinspolitik der EZB führt uns zusätzlich vor Augen, dass selbst als relativ sicher eingeschätzte Sparverträge oder Lebensversicherungen, die vor langer Zeit abgeschlossen wurden, nennenswerten Risiken unterliegen: Die sinkenden Kapitalmarktzinsen führen z. B. dazu, dass die angestrebten und erwarteten Guthaben beim Eintritt in den Ruhestand mit risikoarmen Anlagestrategien nicht erreicht werden können.

Die wenigen, oben genannten Beispiele beziehen sich ausschließlich auf Bereiche, in denen die Ingenieurwissenschaften und die Wirtschaftswissenschaften - aufbauend auf wohl begründeten Theorien und Kalkülen – Methoden und Verfahren entwickelt haben, um Unsicherheiten und Risiken, die sich sowohl durch epistemische als auch aleatorische Unschärfe erfassen lassen, abzuschätzen und zu bewerten. Allgemeines Ziel dabei ist die Risikobeherrschung bzw. Risikobewältigung. Im konkreten Fall manifestiert sich dies mal in einer (angestrebten) Risikominimierung, mal in der Bereitschaft, Risiken in einem bestimmten Umfang bewusst zu tragen oder sogar freiwillig gegen Vergütung (bspw. im Fall von Versicherern) zu übernehmen.

Auch andere Wissenschaftsdisziplinen setzen sich mit Risiko und Risiken auseinander. Im Rahmen des Thementags und der Klassensitzung am 8. November jedoch soll der Fokus der Vorträge ausschließlich auf die Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften gelegt werden. Von besonderem Interesse dabei ist, ob und inwieweit sich die in den Ingenieur- bzw. Wirtschaftswissenschaften eingesetzten Methoden ähneln, ob man voneinander lernen kann und bestimmte Lösungsansätze übertragbar sind oder sogar zu neuartigen Erkenntnissen führen, die man ohne die Untersuchungen in der anderen Wissenschaftsdisziplin so nicht gewonnen hätte.

Vortrag 1: Können wir das Hochwasserrisiko beherrschen?, Prof. Dr. Andreas Schumann, Bochum

Das Risiko wird in der Regel als Schaden, multipliziert mit der Wahrscheinlichkeit des schadensverursachenden Ereignisses charakterisiert. Dies gilt auch bei der Beurteilung des Hochwasserrisikos. Entsprechend einer Direktive der EU soll dieses Risiko ermittelt und vermindert werden. Die EU spricht sogar von einem „Hochwasserrisikomanagement“. Es stellt sich die Frage, inwieweit das Hochwasserrisiko so erfasst und beurteilt werden kann, dass daraus Maßnahmen abgeleitet werden können, um dieses Risiko zu beherrschen. In diesem Beitrag werden einige Methoden und Verfahren zur Beurteilung des Hochwasserrisikos auf wahrscheinlichkeitstheoretischer Grundlage dargestellt und notwendige Erweiterungen zur verbesserten Beherrschung des Risikos aufgezeigt. Ein generelles Problem besteht darin, dass sich bestehende Konzepte der Risikoabschätzung stark an die Erfahrungen der Vergangenheit anlehnen und Anpassungen an veränderte Schadenspotenziale oder neue Gefährdungssituationen erst dann erfolgen, wenn sich der Erfahrungshorizont aufgrund des –meist sogar mehrfachen – Eintritts des Schadensfalls hinreichend erweitert hat. Häufig wird versucht, an bestehenden Denkstrukturen festzuhalten, um das Risiko neuer Gefährdungen mit ähnlichen Mitteln wie in der Vergangenheit zu beherrschen. Dabei wird vernachlässigt, dass das Hochwasserrisiko sehr unterschiedliche Facetten aufweisen kann und die lokalen, zeitlich sehr begrenzten Erfahrungen in der Regel nicht die Vielfalt der möglichen Gefährdungsszenarien widerspiegeln können. Oftmals werden die Ergebnisse komplexerer Ansätze zur differenzierten Abschätzung von Risiken auf aleatorischer Grundlage unter Verweis auf deren immanente Unsicherheiten in der praktischen Umsetzung durch epistemische Wahrscheinlichkeiten ersetzt. Insbesondere Abschätzungen des Restrisikos finden bei Entscheidungsträgern wenig Verständnis und werden häufig in politisch motivierten Entscheidungen übergangen. Im Ergebnis wird das Ziel der Risikominimierung durch das Ausblenden von einzelnen Komponenten des Hochwasserrisikos, sei es auf der Ebene der Schäden oder der schadensbringenden Ereignisse, zumindest partiell verfehlt. Das Ziel der Risikobeherrschung erreicht in derartigen Fällen nur ein lokales Optimum, da einzelne Komponenten der Gefährdung ausgeblendet wurden. Wenn aber die Grenzen der Risikobeherrschung nicht hinreichend berücksichtigt werden, hat dies zwangsläufig Auswirkungen auf die Konzepte zur Risikobewältigung. In diesem Sinne wird die Berücksichtigung und Kommunikation von Unsicherheiten und Unschärfen in der Hochwasserschutzplanung immer dringlicher.

Vortrag 2: Risikomessung und Risikowahrnehmung im Finanzbereich, Prof. Dr. Andreas Pfingsten, Münster

Als Grundlagen der Risikomessung im Finanzbereich dienen (mindestens) zwei ganz unterschiedliche Konzeptionen. Vor allem im Kreditgeschäft wird eher die Gefahr eines Verlustes, d.h. einer negativen Abweichung des tatsächlichen Ergebnisses vom erwarteten Ergebnis, als Risiko gesehen. Im Handelsgeschäft wird das Risiko im Ausmaß von Schwankungen, der sogenannten Volatilität, gesehen. Im Vortrag werden diese Konzeptionen, daraus resultierende Risikomaße und der Umgang damit erläutert und kritisch diskutiert. Ergänzt werden diese Überlegungen um Erkenntnisse, wie Menschen bei finanzwirtschaftlichen Problemstellungen Risiken wahrnehmen und wie sie darauf reagieren.

Vortrag 3: Entscheidungsunterstützung in risikobehafteten Situationen, Prof.' in Dr. Brigitte Werners, Bochum

Vielfach sind Entscheidungen zu treffen, deren Konsequenzen nicht sicher vorhergesagt werden können. Beispiele sind die Beschaffung von Energie, die Standortplanung von Rettungsfahrzeugen oder die Investition in Anlagen oder IT-Sicherheitsmaßnahmen. Über die unmittelbaren Ergebnisse hinaus beeinflussen heutige Entscheidungen, z.B. über Investitionsvorhaben, den Gestaltungsspielraum in der Zukunft, etwa aufgrund der geschaffenen Produktionskapazitäten, was ebenfalls zu berücksichtigen ist. Um hier fundiert zu entscheiden, bietet sich eine strukturierte Vorgehensweise an, die entscheidungstheoretische Ansätze und quantitative Methoden nutzt. Dazu gehört die Analyse der Entscheidungssituation, welche die Identifikation der verfügbaren Alternativen und Strategien, die Ermittlung möglicher zukünftiger Umweltzustände, die Erfassung resultierender Ergebnisse und die Bewertung dieser Ergebnisse hinsichtlich der Zielvorstellungen und Risikoeinstellungen des Entscheidungsträgers umfasst. Vielfältige quantitative Methoden wie Prognoseverfahren, Risikosimulation, Entscheidungsbaumverfahren und mathematische Optimierungsmodelle insbesondere der stochastischen oder robusten Optimierung sind geeignet, selbst in Situationen mit sehr vielen Alternativen zu unterstützen, die „beste“ Entscheidung zu ermitteln. In Entscheidungssituationen unter Risiko sind resultierende zukünftige Ergebnisse einer Alternative mittels einer Verteilungsfunktion, z.B. des Gewinns, zu beschreiben. Klassische Entscheidungsregeln wie maximaler Erwartungswert, Erwartungswert-Varianz-Kombination bzw. Minimum oder minimaler Conditional Value of Risk erfassen nur wenige Parameter dieser Verteilungsfunktionen, mittels stochastischer Dominanzkriterien werden dagegen die gesamten Verteilungsfunktionen berücksichtigt. In diesem Beitrag wird auf einige quantitative Ansätze detaillierter eingegangen und die Ermittlung und Evaluation optimaler Lösungen in Entscheidungssituationen unter Unsicherheit anhand obiger Beispiele vorgestellt.

Vortrag 4: Polymorphe Unschärfemodellierung zur baustatischen Sicherheitsbeurteilung und Risikoabschätzung, Dr. Steffen Freitag, Bochum

Bei der Planung von Bauwerken müssen alle Belastungen und Umwelteinwirkungen einbezogen werden, um die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit während der gesamten Nutzungsdauer gewährleisten zu können. Während einige Einwirkungen (z. B. das Eigengewicht) sehr präzise ermittelt werden können, liegen für die meisten Beanspruchungen nur unscharfe Informationen vor. Für einige dieser aleatorisch unscharfen Einwirkungen können statistische Daten ausgewertet werden (z. B. für Schnee- und Windlasten), aus denen dann stochastische Modelle abgeleitet werden können. Nicht nur die Einwirkungen, sondern auch der Widerstand, d. h. die Tragfähigkeit eines Bauteils, unterliegt je nach verwendetem Material natürlichen bzw. herstellungsbedingten Streuungen. In der Baupraxis werden unscharfe Einwirkungen und Widerstände derzeit nur sehr grob durch entsprechende Teilsicherheitsfaktoren bei der Tragwerksbemessung berücksichtigt. Gegenstand der Forschung sind probabilistische Bemessungskonzepte, bei denen stochastische Analysen durchgeführt werden, um Versagenswahrscheinlichkeiten zu berechnen und Entscheidungen anhand akzeptierter Versagenswahrscheinlichkeiten zu treffen. Im Vortrag werden sogenannte polymorphe Unschärfemodelle vorgestellt, mit denen darüber hinausgehend auch epistemische Unschärfen durch nicht-stochastische Modelle (z. B. Intervalle und Fuzzy-Größen) erfasst werden können. Der Schwerpunkt des Vortrags liegt auf entsprechenden numerischen Simulationsmodellen, mit denen unscharfe Tragwerksantworten berechnet werden können. Dazu werden neben baustatischen Strukturberechnungsverfahren wie der Finite-Elemente-Methode auch Vorgehensweisen aus dem Bereich künstliche Intelligenz genutzt und weiterentwickelt. In einem aktuellen Forschungsprojekt werden Echtzeitsimulationsverfahren mit unscharfen Daten entwickelt, mit denen die Steuerung von maschinellen Tunnelvortriebsprozessen unterstützt werden kann, um Schadensrisiken zu minimieren und die Baukosten zu reduzieren.

Zu den Vortragenden:

Prof. Dr. Andreas Schumann studierte von 1972 bis 1976 Physik, Hydrologie und Wassermengenwirtschaft an der Technischen Universität Dresden. Von 1976 bis 1981 war er wissenschaftlicher Assistent am Institut für Meteorologie und Hydrologie der Technischen Universität Dresden. 1981 wurde er promoviert und trat in die Wasserwirtschaftsverwaltung ein. 1989 wurde er Oberingenieur am Lehrstuhl für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik der Ruhr-Universität Bochum (RUB). 1994 habilitierte er dort an der Fakultät für Bauingenieurwesen. Seine venia legendi erhielt er für Hydrologie, Wasserwirtschaft und angewandte Hydraulik. Ab 1999 wurde er außerplanmäßiger Professor an der RUB und erhielt dort 2001 den Lehrstuhl für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik. Professor Schumann ist seit 2014 ordentliches Mitglied der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste.

Prof. Dr. Andreas Pfingsten erwarb an der Universität Karlsruhe (TH) das Diplom im Fach Wirtschaftsingenieurwesen und absolvierte dann ein Aufbaustudium in Economics an der University of British Columbia in Vancouver (Kanada). Zurück in Karlsruhe folgten die Promotion zum Dr. rer. pol. und die Habilitation für Volkswirtschaftslehre. Nach Berufstätigkeiten bei der Landeskreditbank Baden-Württemberg und der FIDUCIA Informationszentrale arbeitete Andreas Pfingsten als Universitätsprofessor für Volkswirtschaftslehre an der Universität-GH Siegen. Seit 1994 ist er an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster Universitätsprofessor für Betriebswirtschaftslehre, insbesondere Betriebswirtschaftslehre der Banken, und Direktor des Instituts für Kreditwesen der Universität Münster, das Teil des Finance Center Münster ist. Lehr- und Forschungsaufenthalte führten ihn an Universitäten in Graz, Calgary (Kanada), Urbana-Champaign (USA) und Philadelphia (USA). Er ist Mitglied der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste, publiziert sowohl in führenden wissenschaftlichen Zeitschriften als auch in praxisorientierten Journalen und ist Mitautor der „Bankbetriebslehre“, die 2015 in 6. Auflage im Springer-Verlag erschienen ist. Seine Hauptarbeitsgebiete sind das Kreditgeschäft, das Risikomanagement, die Rechnungslegung der Kreditinstitute und die Bankenregulierung.

Prof.'in Dr. Brigitte Werners studierte bis 1978 Mathematik und Wirtschaftswissenschaften an der RWTH Aachen mit Abschluss Diplom-Mathematik. 1980 schloss sie ihr Aufbaustudium Operation Researchs mit dem Magister ab. 1984 wurde sie zum Doktor rer. pol. promoviert und mit der Borchers-Plakette ausgezeichnet. 1992 habilitierte sie sich an der RWTH Aachen und erhielt den Friedrich-Wilhelm Preis. Seit 1992 ist sie Professorin für Betriebswirtschaftslehre, insbesondere Unternehmensforschung und Rechnungswesen an der Ruhr-Universität Bochum. Sie ist Direktorin des Instituts für Unternehmensführung und Direktorin des Instituts für Sicherheit im E-Business. Von 2003 bis 2005 leitete sie als Dekanin die Fakultät für Wirtschaftswissenschaft, von 2008 bis 2011 war sie Senatorin der Ruhr Universität Bochum. Im VHB wirkt sie mit, etwa 1995 bis 1999 als Leiterin der Wissenschaftlichen Kommission Operations Research. In der Gesellschaft für Operation Researchs e.V. ist sie in unterschiedlichen Positionen seit 2001 aktiv, so war sie sechs Jahr im Vorstand, davon zwei als Vorsitzende. Sie veröffentlichte zahlreiche Bücher und wissenschaftliche Publikationen, vielfach zur Lösungen von Problemen unter Unsicherheit in den Bereichen Produktion, Logistik, Health Care, Energie und IT-Sicherheit.

Dr.-Ing. Steffen Freitag studierte von 2000–2005 Bauingenieurwissenschaften an der Technischen Universität Dresden. Er spezialisierte sich auf die Bereiche Baustatik und Mechanik. Er schloss mit dem akademischen Grad des Diplomingenieurs ab. Anschließend war er bis 2008 wissenschaftlicher Assistent am Sonderforschungsbereich 528 „Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung“ an der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften der TU Dresden, wo er 2010 promoviert wurde. 2011–2012 war er Gastwissenschaftler an der School of Cevil and Evironmental Engineering des Georgia Institute of Technology, USA. Seit 2012 ist er Leiter einer Nachwuchsforschergruppe am Lehrstuhl für Statik und Dynamik der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum. Steffen Freitag ist seit 2015 Mitglied des Jungen Kollegs der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste.