Syst émová věda a teorie systémů

1. Systémová věda a teorie systémů

2. Systémová věda • vědní disciplína • má objekty studia • metody vědecké práce • původní poznatky • vyhovuje podmínkám praktických přínosů, měřitelnosti, algoritmizovatelnosti (a tedy i přenositelnosti), standardizovatelnosti, dokumentovatelnosti • předmět zkoumání – systémy • metody pro definici systému, jeho okolí, zobrazení systému, analýzu, optimalizaci struktury i jeho chování a realizaci

3. Systémová věda • zahrnuje několik vědních disciplín: • systémové teorie • obecná teorie systémů • kybernetika • systémové aplikace • systémová analýza a syntéza • operační výzkum • systémové inženýrství • pomocné disciplíny • teorie množin • teorie grafů • teorie algoritmů • teorie her • teorie automatů …

4. teorie systémů, matematika, filosofie obecné vědy teorie tvrdých systémů teorie měkkých systémů fyzikální vědy (fyzika, chemie, nauka o zemi…) vědy o životě (biologie) vědy o chování (antropologie, psychologie, sociologie …) sociální vědy (ekonomie, vzdělávání, management …) specializo-vané vědy konstrukce termostat apod. buňky rostliny apod. lidé typy systémů organizace, sociální systémy neživé systémy živé systémy systémy s nebo bez zpětné vazby otevřené systémy systémy, kde se zkoumají příčiny vlastnosti systémů systémy, kde se zkoumají následky organizovaná jednoduchost, neorganizovaná složitost organizovaná složitost Zdroj: Gigch, J. P. van (1991) System Design Modeling and Metamodeling.

5. Členění systémového hnutí • studium systémů • teoretický rozvoj systémového myšlení (formulace GST) • aplikace systémového myšlení pro řešení problémů • hard-systems (systémové inženýrství) • soft-systems • aplikace systémového myšlení v jiných disciplínách (biologie, ekonomie atd.)

6. Obecná teorie systémů • počátky se objevují v 50. letech, nejčastěji ve spojení se jménem Ludwig von Bertalanffy • má značný vztah ke kybernetice, teorii řízení a teorii informace • jednotnost vědy propagovala Bertalanffym založená společnost Society for the Advancement of General Systems Theory, později přetransformovaná na International Society for the Systems Sciences (ISSS) a International Federation for Systems Research (IFSR) • významný vědecký časopis – Systems Research and Behavioural Science (Wiley)

7. Obecná teorie systémů • teorie s formální, logicko-matematickou a metodologickou povahou • jádrem je studium abstraktních systémů, které mají význam pro analýzu systémových vlastností hmoty • statické strukturní vlastnosti • dynamické vlastnosti (chování) • kauzální vztahy (příčina-následek) • využívána jako základní metodologický nástroj ve všech ostatních disciplínách systémové vědy

8. Metoda vs. metodologie • metoda – postup umožňující získávání poznatků, někdy také postup řešení problému • logická úvaha (síla rozumu) • pozorování • analýza (rozklad celku) • indukce (z konkrétních případů odvozen obecný zákon) • dedukce (z obecného zákona se postupuje k jednotlivostem) • analogie • metodologie • vědní disciplína zabývající se tvorbou a aplikací metod • v rámci softwarového inženýrství se velmi často hovoří např. o strukturovaném a objektově orientovaném přístupu jako o metodologiích

9. Obecný systém • abstraktní objekt vytvořený procesem poznávání, odrážející systémové vlastnosti reality • formální logické konstrukce bez věcné interpretace • aplikace obecných systémů na reálné systémy usnadňuje poznávání statických a dynamických vlastností zkoumaných objektů • jedná se o model (zjednodušení), nezohledňované vlastnosti nesmí ovlivnit zkoumání reality tak, že by bylo nepoužitelné • někdy se pojem systém používá i pro reálné systémy, aby se zdůraznil systémový pohled

10. Definice systému Systém je množina prvků ve vzájemné interakci. von Bertalanffy (1968) Systém je množina vzájemně propojených komponent, které na sebe vzájemně působí (spolupůsobí) směrem ke společnému cíli. NASA Systems Engineering Handbook

11. Definice systému • systém je ohraničený objekt schopný reagovat na externí podněty, v průběhu této reakce vzájemně reagují vnitřní části systému a vzniká tím vnitřní i vnější efekt • části systému • hranice • funkce • odpovědi na vnější podněty • vnitřní komponenty • procesy • vlastnosti Phil Scuderi, Washington State University

12. Definice systému (Štach, 1982) • S = (P, R) P = {pi}, i  I R = {rij}, i,j  I P… množina prvků (univerzum systému) R … množina vazeb (struktura systému) I … množina indexů • prvky – elementární části systému • vazby – vzájemné závislosti nebo působení mezi prvky (kauzální vztahy, způsoby spojení, souvislosti mezi jevy, matematické vztahy, informační vazby apod.)

13. Mesarovičova obecná teorie systémů • systém definován pomocí relace SA {Mi : i  I} neboli SA M1M2  M3 … Mn Mi … formální objekty mi … hodnoty formálních objektů I … množina indexů • příslušnost n-tice prvků (m1, m2 … mn) do podmnožiny SA (neboli definice relace na kartézském součinu) lze realizovat např, pomocí výrokové funkce r (m1, m2 … mn), která je buď pravdivá, nebo nepravdivá • příkladem obecného systému je např. soustava rovnic

14. Rozvinutý model systému (Vlček, 1999) S = (A, R, M, , ) A …množina prvků, každý prvek spojen s nárokem na kapacitu R … soustava vazeb mezi dvojicemi prvků - vnější, vnitřní - měřitelné, lze jim přiřadit parametry M … kardinální číslo, počet možných procesů vzniklých zřetězením rij  … podmnožina M, aktivované procesy, nazývají se chování systému, od ostatních se procesů liší čerpáním kapacit  … podmnožina M, procesy s nejlepšími předpoklady pro chování (obsahují nejvíce silných schopností)

15. Postup definice systému • deduktivní přístup (axiomatický) – na základě nepochybných primitivních předpokladů podle daných pravidel • induktivní přístup (experimentální) – na základě porovnávání či měření

16. Typy systémů (Štach) • obecný systém • obecný abstraktní model systémových jevů • formální, nemají žádný obsah • slouží jako stavební prvky modelů konkrétních objektů • často popisovány matematicky – soustavy lineárních rovnic, nerovnic, výrokových funkcí apod. • reálný systém • systém zavedený na konkrétním objektu • obraz objektu vytvářený při zkoumání = zavádění (definování) reálného systému na objektu • koncepční systém • koncepční představa vytvořená v procesu analýzy • projekty, plány, strategie, teorie • reálné a koncepční systémy často popisovány pomocí verbálních prostředků, schémat, grafů apod.

17. Klasifikace systémů (Checkland, 1999) • transcendentní (nadpřirozené) – nepoznané, mohou být ignorovány • přírodní – mohou být analyzovány • lidská činnost – může být analyzována i ovlivňována • vytvořené fyzické systémy – vytvořené systémy mohou být analyzovány a přepracovány a jsou vždy vytvořené za účelem určitého cíle • vytvořené abstraktní systémy

18. Třídění systémů • jednoduché / složité • uzavřené / otevřené • trvalé / dočasné • statické / dynamické • deterministické / stochastické • spojité / diskrétní • adaptivní / neadaptivní

19. Pomocné pojmy • reálný / abstraktní systém / metasystém • univerzum systému • okolí systému • vstupy / výstupy systému • hraniční prvky, vstupní / výstupní prvek systému • hranice systému • otevřený systém/uzavřený (izolovaný) systém/relativně uzavřený systém • disjunktní/konjunktní systém • charakteristiky prvků

20. Pomocné pojmy • parametry vazeb systému • interface (rozhraní) • struktura systému • stav systému – souhrn přesně definovaných podmínek nebo vlastností systému • transformační funkce, algoritmus • chování systému – změna hodnot systémových veličin v čase (u dynamických systémů)

21. Pomocné pojmy • subsystém Si = (Pi, Ri) je subsystém systému S=(P, R) Pi P, Ri = R  R’i R’i… množina možných vazeb mezi prvky Pi • dílčí systém: Pi= P, Ri R • nadsystém – rozsáhlejší systém, který obsahuje daný systém jako svůj subsystém

22. Pomocné pojmy • spojení systémů systém S’’=(P’’, R’’) je spojením subsystémů S1 = (P1, R1) a S2 = (P2, R2) systému S = (P, R) kde P’’ = P1 P2, R’’ = R  R’’’ R’’’i … množina možných vazeb mezi prvky P’’ označujeme S’’ = S1 S2 • rozklad (dekompozice) systému soustava {S1, S2, … Sn} je rozklad systému S, když S1 S2  … Sn = S a Pi Pj =  pro i ≠ j • řád subsystému • rozlišovací úroveň

23. Popis systému • způsoby popisu • slovně • blokové diagramy • grafy • matice • množiny • rovnice • … • lze kombinovat i více způsobů najednou • odděleně se rozvíjela statická a dynamická stránka teorie

24. Organizační struktura Ministerstva financí ČR, sekce Veřejnérozpočty - blokový diagram

25. Silniční síť – graf Ústí nad Labem Liberec Ostrava Hradec Králové Rozvadov Vyškov Olomouc Praha Brno Kroměříž Bratislava

26. Silniční síť – matice

27. Definice systému – soustava rovnic 3 x1 + 6 x2≤ 60 max. počet hodin v dílně 1 4 x1 + 2 x2 ≤ 32 max. počet hodin v dílně 2 x1 ≥ 0 počet ks výrobku 1 x2≥ 0 počet ks výrobku 2 Zmax = 20 x1 + 24 x2 maximalizace zisku Zdroj:Huges, A. J., Grawiog, D. E. Linear Programming. Addison-Wesley, 1973.

28. Životní cyklus žárovky – UML stavový diagram http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Bulb_life_cycle.png