Θεωρία Συστημάτων

1. Θεωρία Συστημάτων Μαρία Καρύδα mka@aegean.gr ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 4η Διάλεξη: Αρχές Γενικής Θεωρίας Συστημάτων (συν.) –Ταξινόμηση Συστημάτων

2. Στόχος της Γ.Θ.Σ • Με την εφαρμογή της θεωρίας συστημάτων δε στοχεύουμε στην κατανόηση της δομής αλλά της λειτουργίας του συστήματος. • Η αναλυτική-μηχανιστική προσέγγιση μας προσφέρει κατανόηση για τη δομή του συστήματος.

3. Εφαρμογή της Γενικής Θεωρίας Συστημάτων • Προσδιορίζουμε το ευρύτερο υποσύστημα, στο οποίο εντάσσεται το αντικείμενο που μελετούμε • Κατανόηση των ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς του ευρύτερου συστήματος • Κατανόηση των ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς του υπό εξέταση συστήματος

4. Αρχή της ομοιόστασης • Ένα (ζωντανό) σύστημα επιβιώνει μόνο όταν οι τιμές των θεμελιωδών μεταβλητών διατηρούνται μέσα στα φυσιολογικά τους όρια. • Συνέπεια: Τα συστήματα προσαρμόζονται στις αλλαγές του περιβάλλοντος, εφόσον διατηρείται η εσωτερική κατάσταση ισορροπίας του. Με τη λειτουργία της ομοιόστασης, οι βασικές μεταβλητές ενός συστήματος ρυθμίζονται ώστε να παίρνουν φυσιολογικές τιμές ανεξάρτητα από τις μεταβολές του περιβάλλοντος ή τις εσωτερικές δυσλειτουργίες.

5. Αρχή της ισορροπίας • Αν ένα σύστημα είναι σε κατάσταση σταθερότητας, τότε όλα τα υποσυστήματα θα είναι σε σταθερότητα. • Αν όλα τα υποσυστήματα είναι σε κατάσταση σταθερότητας τότε ολόκληρο το σύστημα είναι σε σταθερότητα.

6. Αρχή των επιπέδων σταθερότητας • Τα σύμπλοκα συστήματα έχουν επίπεδα σταθερότητας διαχωριζόμενα από κατώφλια αστάθειας. • Ένα σύστημα που βρίσκεται σε ανοδική πορεία μπορεί να επιστρέψει σε παρακάτω βαθμίδα σταθερότητας, αν η αστάθεια υπερβεί κάποιο όριο. • Κάθε οργανισμός έχει περιορισμένα επίπεδα ισορροπίας. Μετακίνηση από αυτά μπορεί να συνεπάγεται κάθοδο σε κατώτερο επίπεδο σταθερότητας.

7. Αρχή της αυτοοργάνωσης • Τα σύμπλοκα συστήματα αυτοοργανώνονται. • Συνέπεια: Τα περισσότερα χαρακτηριστικά και η συμπεριφορά του συστήματος είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των στοιχείων του, και όχι παράγωγο της διοίκησης. • Η δουλειά ενός manager είναι να χρησιμοποιήσει τις τάσεις που υπάρχουν για να επιτευχθούν οι στόχοι που θέτει.

8. Αρχή της βιωσιμότητας • Η βιωσιμότητα ενός συστήματος είναι συνάρτηση της ισορροπίας που επιτυγχάνεται μεταξύ: • Αυτονομίας των υποσυστημάτων σε σχέση με την ενσωμάτωση τους στην ολότητα του συστήματος. • Σταθερότητα σε σχέση με την προσαρμογή. • Συνέπειες: • Αύξηση της αυτονομίας μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια συνοχής του συστήματος, ενώ υπερβολικός συγκεντρωτισμός μπορεί να μειώσει την ευελιξία του. Επομένως χρειάζονται αντίστοιχες διορθωτικές αλλαγές. • Υπερβολική σταθερότητα μπορεί να οδηγήσει σε απαρχαίωση του συστήματος, ενώ η γρήγορη προσαρμογή μπορεί να οδηγήσει σε απορρύθμιση.

9. Αρχή της μη πληρότητας • Σε ένα σύστημα (π.χ. οργανισμό) μπορεί πάντα να υπάρξουν περιπτώσεις για λήψη αποφάσεων που δε μπορούν να διατυπωθούν μέσα σε αυτό. Σε αυτή την περίπτωση η λύση του προβλήματος έρχεται από το εξωτερικό του συστήματος. • Η αρχή αυτή στηρίζεται στο θεώρημα της μη πληρότητας της Αριθμητικής του Kurt Godel, σύμφωνα με το οποίο «Σε κάθε μαθηματικό σύστημα που είναι ισχυρό τουλάχιστον όσο η θεωρία των φυσικών αριθμών υπάρχουν προτάσεις μη αποκρίσιμες (μη αποφασίσιμες - undecidable).»

10. Ταξινόμηση συστημάτων • Σε σχέση με το περιβάλλον τους: • Ανοικτά vs. κλειστά συστήματα • Σε σχέση με τη συμπεριφορά τους: • Συστήματα σταθερής κατάστασης (π.χ. θερμοστάτης) • Συστήματα συγκεκριμένου στόχου • Διαθέτουν μνήμη και επιλογή συμπεριφοράς (π.χ. αυτόματος πιλότος) • Συστήματα πολλών στόχων (π.χ.intrusion detection systems) • Συστήματα που επιλέγουν στόχους και μέσα (π.χ. άνθρωπος)

11. Ταξινόμηση συστημάτων • Σε σχέση με τη δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς τους: • Αιτιοκρατικά • Πιθανολογικά • Σε σχέση με τη συμπλοκότητά τους: • Απλά • Χαοτικά • Σύμπλοκα Η συμπλοκότητα ενός συστήματος εξαρτάται από: • Το πλήθος των στοιχείων του συστήματος • Τα χαρακτηριστικά των στοιχείων αυτών • Τις σχέσεις μεταξύ των στοιχείων του συστήματος • Το βαθμό οργάνωσης του συστήματος • Ερωτήματα: • Είναι απλή ή σύμπλοκη η μηχανή ενός αυτοκινήτου; • Η σχέση δύο ανθρώπων;

13. Ιεραρχία Συστημάτων (Boulding) • Ταξινόμηση συστημάτων με βάση τη συμπεριφορά και την πολυπλοκότητά τους: • Μη ζωντανά συστήματα • Πλαίσια (στατική δομή) • Απλοί μηχανισμοί (clockworks)με δυναμική δομή με προκαθορισμένη λειτουργία • Κυβερνητικά συστήματα με μηχανισμό ελέγχου και δυνατότητα αυτορρύθμισης (π.χ. θερμοστάτης) • Ζωντανά συστήματα • Αυτοδιατηρούμενη δομή, κύτταρο • Σύστημα με χαμηλή ικανότητα επεξεργασίας πληροφοριών και κατανομή εργασίας (π.χ. φυτά) • Σύστημα με κινητικότητα, σκοπό, μικρή αυτογνωσία (π.χ. ζώα) • Άνθρωπος: αυτογνωσία, διαμόρφωση σκοπών, χρήση γλώσσα και κατανόηση συμβολισμών • Κοινωνικά συστήματα: επικοινωνία, αξίες, οργάνωση • Υπερβατικά συστήματα • Υπερβατικό επίπεδο, είναι πέρα από τις δυνατότητες της ανθρώπινης γνώσης

14. Συνέπειες και εφαρμογή της ιεραρχίας συστημάτων • Τα συστήματα των κατώτερων επιπέδων ενσωματώνονται στα συστήματα υψηλότερου επιπέδου • Κάθε επίπεδο περιλαμβάνει τα χαρακτηριστικά των κατώτερων επιπέδων, όμως τα υψηλότερα επίπεδα έχουν χαρακτηριστικά που δε μπορούν να συσχετισθούν με τα συστήματα κατώτερων επιπέδων. • Οι θεωρίες για συστήματα κατώτερου επιπέδου (π.χ. φυσική, βιολογία) μπορούν να βοηθήσουν στην κατανόηση συστημάτων ανώτερων επιπέδων (π.χ. κοινωνιολογία), δε συμβαίνει όμως το αντίστροφο!

15. Ταξινόμηση κατά Checkland • Φυσικά συστήματα • Υπάρχουν στο σύμπαν • Συστήματα ανθρώπινης δραστηριότητας • Σύνολα δραστηριοτήτων τις οποίες εκτελούν άνθρωποι, συχνά σε συνδυασμό με σχεδιασμένα τεχνολογικά συστήματα • Σχεδιασμένα τεχνολογικά συστήματα • Κατασκευάζονται από τον άνθρωπο • Σχεδιασμένα αφηρημένα συστήματα • Άυλα συστήματα που κατασκευάζονται από τον άνθρωπο.

16. Εφαρμογή της Γ. Θ.Σ. στη βιολογία: Living Systems Theory (J. Miller, 1978) • Μπορούμε να μοντελοποιήσουμε το φαινόμενο της ζωής; • Η Θεωρία Ζωντανών Συστημάτων είναι μια γενική θεωρία για τον τρόπο με τον οποίο όλα τα ζωντανά συστήματα «εργάζονται», για το πώς συντηρούνται, αναπτύσσονται και αλλάζουν.

17. Ζωντανά Συστήματα • Τα ζωντανά συστήματα είναι εξ’ορισμού ανοικτά, αυτο-οργανώνονται και αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους. Η επικοινωνία με το περιβάλλον γίνεται με ανταλλαγή πληροφορίας και ενέργειας / ύλης. • Ο βαθμός συμπλοκότητάς τους ποικίλει, από ένα μονοκύτταρο οργανισμό έως μια πολυεθνική οργάνωση. • Ανεξαρτήτως βαθμού πολυπλοκότητας, όλα τα ζωντανά συστήματα εξαρτώνται από τα ίδια 20 θεμελιώδη υποσυστήματα (ή διαδικασίες) για την επιβίωση και την αναπαραγωγή τους. • 8 Επίπεδα ιεραρχίας: κύτταρο (cell), όργανο (organ), οργανισμός(organism), ομάδα(group), οργάνωση(organization), κοινωνική δομή(community), κοινωνία (society) και υπερεθνικό επίπεδο (supranational). Σε κάθε επίπεδο, το σύστημα περιλαμβάνει και τα 20 υποσυστήματα • Η ουσία της ‘ζωής’ για τα συστήματα αυτά είναι η επεξεργασία. Εάν η επεξεργασία ενέργειας/ύλης σταματήσει, τότε σταματά και η ζωή. • Βασικό χαρακτηριστικό της ζωής είναι η διατήρηση, για μακρό διάστημα, σταθερής κατάστασης, κατά την οποία η εντροπία εντός του συστήματος είναι χαμηλότερη από την εντροπία του περιβάλλοντος.

18. Θεμελιώδη Υποσυστήματα Ζωντανών Συστημάτων • Υποσυστήματα επεξεργασίας ενέργειας/ύλης και πληροφορίας (αναπαραγωγός και όριο) • Υποσυστήματα επεξεργασίας ενέργειας/ύλης (εισαγωγέας, διανομέας, μετατροπέας, παραγωγός, αποθήκη, εξαγωγέας, κινητήρας, υποστηρικτής) • Υποσυστήματα επεξεργασίας πληροφορίας (μορφοτροπέας εισόδου, εσωτερικός μορφοτροπέας, κανάλι – δίκτυο, χρονομετρητής, αποκωδικοποιητής, συνεργάτης, μνήμη, διοικητής, κωδικοποιητής, μορφοτροπέας εξόδου )

19. Παράδειγμα Μοντελοποίησης Ζωντανού Συστήματος Επεξεργασία & ανταλλαγή μηνυμάτων μέσω των υποσυστημάτων επεξεργασίας πληροφορίας (http://www.mgtaylor.com/mgtaylor/jotm/winter97/millerls.htm) IT=input transducer; DC=decoder; NT=internal transducer; AS=associator; ME=memory; DE=decider; EC=encoder; OT=output transducer; CH=channel and net