Θεωρία Συστημάτων Σπύρος Κοκολάκης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΜΣ

Γενική Θεωρία Συστημάτων Στις αρχές της δεκαετίας του 1950 παρατηρήθηκε ότι όλα τα συστήματα έχουν κάποιες κοινές αρχές και νόμους που διέπουν τη συμπεριφορά τους. Αν αυτό ισχύει τότε μπορεί να υπάρξει ένας νέος επιστημονικό κλάδος που θα μελετάει τα συστήματα. –Ήδη η Κυβερνητική μιλούσε για τη μελέτη της επικοινωνίας και του ελέγχου με τον ίδιο τρόπο και στους ζωντανούς οργανισμούς και στις μηχανές.

Γενική Θεωρία Συστημάτων 1954, στην ετήσια συνάντηση της American Association for the Advancement of Science (AAAS) ιδρύεται η Society for General Systems Theory. Στα βασικά ιδρυτικά μέλη περιλαμβάνονται: –Ludwig von Bertalanffy, βιολόγος –Kenneth Boulding, οικονομολόγος –Anatol Rapaport, μαθηματικός –Ralph Gerald, φυσιολόγος (physiologist)

Η ενότητα της επιστήμης Οι στόχοι της Γενικής Θεωρίας Συστημάτων είναι (σύμφωνα με τον von Bertalanffy): –There is a general tendency towards integration in the various sciences, natural and social. –Such integration seems to be centered in a general theory of systems. –Developing unifying principles running "vertically" through the universe of the individual sciences, this theory brings us nearer to the goal of the unity of science. (Οι δύο τάσεις, ενοποίηση, εξειδίκευση, υπήρχαν και υπάρχουν πάντα στην επιστήμη. Ακόμη γράφονται βιβλία με τίτλους, όπως "A New Kind of Science")

Τι είναι σύστημα; Υπάρχουν πολλοί ορισμοί. Εμάς μας αρέσει ο ορισμός των Schoderbek, Schoderbek, Kefalas (1990): –A system is defined as a set of objects together with relationships between the objects and between their attributes related to each other and to their environment so as to form a whole. Τώρα πρέπει να εξηγήσουμε τον ορισμό. Είναι όμως συστημικός τρόπος σκέψης αυτός;

Παραδείγματα Είναι τα παρακάτω συστήματα;  Windows XP  Πανεπιστήμιο Αιγαίου  Οι φοιτητές σε μία τάξη  Η Εθνική Παιδεία  Ο Σοσιαλισμός

Οι τέσσερις κεντρικές έννοιες της θεωρίας συστημάτων Communication (επικοινωνία) Control (έλεγχος) Hierarchy (ιεραρχία) Emergence (αναδυόμενες ιδιότητες)

Hierarchy and Emergence Ιεραρχία: κάθε σύστημα έχει υποσυστήματα και εκείνα με τη σειρά τους άλλα υποσυστήματα, κ.ο.κ. –Η διάκριση γίνεται με βάση το επίπεδο συμπλοκότητας (άτομο, μόριο, κύτταρο, ιστός, όργανο, κ.λπ.) –Σε κάθε επίπεδο προκύπτουν κάποιες νέες ιδιότητες, οι οποίες δεν υφίστανται στα κατώτερα επίπεδο και τις οποίες ονομάζουμε ανακύπτουσες ή αναδυόμενες ιδιότητες (emergent properties). –Αυτό είναι το θεμελιώδες χαρακτηριστικό της ολιστικής και κατ’ επέκταση της συστημικής θεώρησης.

Emergent properties Παράδειγμα: Το νερό –Η δομή του νερού είναι γνωστή (H2O) και τα χαρακτηριστικά του εξηγούνται πλήρως από τη μοριακή του δομή. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να γνωρίζεις τέλεια τα χαρακτηριστικά (και τη συμπεριφορά) του υδρογόνου και του οξυγόνου, πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και πώς συνδέονται δομικά για να σχηματίσουν ένα μόριο νερού. Σημειώστε ότι το κάρβουνο από το διαμάντι διαφέρουν μόνο στη δομή τους. –Όμως, το νερό έχει ιδιότητες που δεν έχουν το υδρογόνο και το οξυγόνο (δηλ. είναι υγρό, άοσμο και άγευστο). Αυτές ονομάζουμε αναδυόμενες (emergent) ιδιότητες.

People in system hierarchies

Αρχές και Νόμοι της Γ.Θ.Σ. Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής Εντροπία είναι το μέτρο της αταξίας. Η εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος μπορεί μονάχα να αυξάνει ή να παραμένει σταθερή, όμως δεν μπορεί να ελαττώνεται. –Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. –Η έννοια της εντροπίας στη φυσική. Το αντιστρεπτό του χρόνου. Παραδείγματα: (α) Ο άνθρωπος, τα φυτά, ο ήλιος. (β) Το ποτήρι που σπάει, (γ) Αέριο σε δοχείο και θερμική ισορροπία. –Συνέπειες για τα Π.Σ. και τους οργανισμούς

Αρχές και Νόμοι της Γ.Θ.Σ. Νόμος της απαιτούμενης ποικιλίας (requisite variety law) Έστω ότι ένα σύστημα έναν μηχανισμό ελέγχου R, που στοχεύει στην επίτευξη του στόχου G και υφίσταται τις διαταράξεις D από το περιβάλλον. Ο στόχος G μπορεί μόνο να επιτευχθεί αν ο μηχανισμός ελέγχου R έχει ικανή ποικιλία και χωρητικότητα (καναλιού) τουλάχιστον τόση όση οι διαταράξεις D (“Variety kills Variety”).

Αρχές και Νόμοι της Γ.Θ.Σ. Η αρχή του πλεονασμού πόρων Η διατήρηση της κατάστασης ισορροπίας σε ένα σύστημα κάτω από κατάσταση διαταραχής απαιτεί την ύπαρξη πλεοναζόντων στοιχείων σε κρίσιμους πόρους. Η αρχή της ομοιόστασης Ένα (ζωντανό) σύστημα επιβιώνει μόνο όταν οι τιμές των θεμελιωδών μεταβλητών διατηρούνται μέσα στα φυσιολογικά τους όρια.

Αρχές και Νόμοι της Γ.Θ.Σ. Η 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. Η αρχή των επιπέδων σταθερότητας Τα σύμπλοκα συστήματα έχουν επίπεδα σταθερότητας διαχωριζόμενα από κατώφλια αστάθειας. Ένα σύστημα που ευρίσκεται σε ανοδική πορεία μπορεί να επιστρέψει σε παρακάτω βαθμίδα σταθερότητας, αν η αστάθεια υπερβεί κάποιο όριο.

Αρχές και Νόμοι της Γ.Θ.Σ. 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. Θεώρημα μη πληρότητας της Αριθμητικής (Kurt Godel) Σε κάθε μαθηματικό σύστημα που είναι ισχυρό τουλάχιστον όσο η πρωτοβάθμια αριθμοθεωρία του Peano υπάρχουν προτάσεις μη αποκρίσιμες (μη αποφασίσιμες - undecidable).

Ορισμένες ιδιότητες των συστημάτων Μονοτερματικότητα – Equifinality –π.χ. Jurassic Park Διαφοροποίηση Είσοδος – Μετασχηματισμός - Έξοδος

Systems Dynamics iThink Demo –Start-Up Tutorial

Σύνοψη Γενική Θεωρία Συστημάτων: Αρχές και Νόμοι Systems Dynamics Ερωτήματα …