ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Θεωρία Συστημάτων Μαρία Καρύδα mka@aegean.gr ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ B’ Μέρος

Περιεχόμενο Θεωρία ζωντανών συστημάτων Θεωρία αυτοποίησης Αυτο-οργάνωση Βιώσιμα Συστήματα

Εφαρμογή της Γ. Θ. Σ. στη βιολογία: Living Systems Theory (J 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.

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

Ζωντανά Συστήματα 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.

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 )

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

Αυτοποιητικά συστήματα Τα ζωντανά συστήματα διατηρούν την ταυτότητά τους λόγω της διατήρησης των σχέσεων μεταξύ των στοιχείων τους. Η ικανότητα των συστημάτων να ανα-δημιουργούν συνεχώς τον εαυτό τους ονομάζεται αυτοποίηση. Τα αυτοποιητικά συστήματα χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη στόχου.

Αυτοποίηση Αυτοποίηση είναι η διαδικασία μέσα από την οποία ένας οργανισμός παράγει τον εαυτό του (π.χ ένα κύτταρο) Ο όρος και η θεωρία της αυτοποίησης δημιουργήθηκαν από τους Χιλιανούς βιολόγους Francisco Varela and Humberto Maturana το 1973 Στόχος της θεωρίας της αυτοποίησης είναι να απαντήσει στο ερώτημα: «Ποιο είναι το χαρακτηριστικό (χαρακτηριστική οργάνωση) των ζωντανών συστημάτων;» Το αντίθετο της αυτοποίησης είναι η ‘αλλοποίηση’. Παράδειγμα αλλοποιητικού συστήματος:Ένα εργοστάσιο χρησιμοποιεί πρώτες ύλες για να παράγει προϊόντα (π.χ. υφάσματα) και όχι τον εαυτό του.

Αυτοποίηση & Αναπαραγωγή Η αναπαραγωγή αναφέρεται στο είδος διεργασιών που για να πραγματοποιηθούν χρειάζονται δύο οργανισμούς (π.χ. μητέρα, πατέρα). Η αυτοποίηση είναι μια διαδικασία εσωτερική σε κάθε άτομο (π.χ. διαίρεση των κυττάρων).

Ορισμός αυτοποιητικού συστήματος “Μια αυτοποιητική μηχανή είναι οργανωμένη (ενιαία ολότητα) ως ένα δίκτυο λειτουργιών παραγωγής (μετασχηματισμού και καταστροφής) των στοιχείων που παράγουν στοιχεία τα οποία (Maturana, 1980, pp. 78-79) : μέσω της αλληλεπίδρασης και των μετασχηματισμών συνεχώς αναγεννούν και δημιουργούν το δίκτυο των λειτουργιών που της παράγει, και καθιστούν τη μηχανή ως συμπαγή ολότητα στο χώρο όπου τα στοιχεία υπάρχουν, ορίζοντας τον τοπολογικό χώρο της υλοποίησης του δικτύου αυτού”

Η έννοια της κλειστότητας (closure) Λειτουργική κλειστότητα ('operational closure‘) και οργανωσιακή κλειστότητα ('organizational closure’): Τα συστήματα καθορίζονται από τη δομή τους, ενώ η συμπεριφορά τους δεν ανήκει στο εσωτερικό του συστήματος αλλά είναι στοιχείο που αποδίδεται στο σύστημα από τον παρατηρητή.

Η έννοια της δομικής συνάφειας (Structural coupling) Το σύστημα δε διαμορφώνεται υπό την επίδραση του περιβάλλοντός του, αλλά το περιβάλλον και το σύστημα συνδιαμορφώνονται μέσα από την αλληλεπίδραση. Η λειτουργία του συστήματος καθορίζεται από τη δομή του. Έτσι η δομή του συστήματος καθορίζει τις αλλαγές που θα συντελεστούν σε αυτό ως αποτέλεσμα της επίδρασης του περιβάλλοντος και ποιες από τις επιδράσεις του περιβάλλοντος ‘αντιλαμβάνεται’ το σύστημα. Με τον τρόπο αυτό διαμορφώνεται η ‘αντίληψη’ του συστήματος για το περιβάλλον του. Συνέπειες: η ανάπτυξη γλώσσας οφείλεται σε αυτό το μηχανισμό συντονισμού της συμπεριφοράς συστήματος – περιβάλλοντος μέσω της αμοιβαίας και αναδρομικής δομικής αλλαγής τους.

Επιδράσεις - Eφαρμογές της Θεωρίας Αυτοποίησης Φιλοσοφία της γλώσσας Κοινωνιολογία Τεχνητή νοημοσύνη Ρομποτική

Συστήματα που αυτο-οργανώνονται (Self-organizing systems) Η έννοια της αυτοποίησης συχνά ταυτίζεται με την αυτό-οργάνωση. Οι ζωντανοί οργανισμοί, άρα και οι άνθρωποι, μπορούν να διατηρούν την ταυτότητά τους παρά τις διαταραχές στο περιβάλλον τους. Αυτά τα συστήματα εκδηλώνουν πρόθεση (purposive systems) Παράδειγμα: Κάθε περίπου επτά χρόνια όλα τα μόρια του σώματός μας αντικαθίστανται από νέα… όμως εξακολουθούμε να είμαστε το ίδιο πρόσωπο!

Συστήματα που αυτο-οργανώνονται Τα αυτό-οργανωνόμενα συστήματα διαθέτουν: Στοιχεία Ελέγχου (διοίκηση) Περιβάλλον Λειτουργικά Στοιχεία Σχήμα: Cavendish Software Ltd. 1995, portions © Stafford Beer 1985

Ο ρόλος της ποικιλίας Ποικιλία είναι το πλήθος των δυνατών καταστάσεων ενός συστήματος Η ποικιλία ενός (απλού) διακόπτη; On/off Η ποικιλία ενός μονοψήφιου αριθμού; 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7, 8, 9 Η ποικιλία ενός διψήφιου αριθμού; Ενός ν-ψήφιου? Η ποικιλία του ανθρώπινου εγκεφάλου: Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από 10.000.000.000 νευρώνες . Κάθε νευρώνας έχει 10.000 συνδέσεις με τους υπολοίπους Ποια είναι η ποικιλία ενός dimmer? Ποια είναι η ποικιλία μιας ποδοσφαιρικής ομάδας; Το μέτρο της ποικιλίας εξαρτάται από τον παρατηρητή και το περιβάλλον του συστήματος. Η ποικιλία αυξάνει με την πολυπλοκότητα του συστήματος.

Ο ρόλος της ποικιλίας Variety kills variety! Η ποικιλία του περιβάλλοντος είναι μεγαλύτερη από την ποικιλία των λειτουργικών μονάδων, η οποία είναι μεγαλύτερη από την ποικιλία της διοίκησης. Σύμφωνα με το νόμο της απαιτούμενης ποικιλίας Ο έλεγχος επιτυγχάνεται όταν η ποικιλία του συστήματος ελέγχου είναι τουλάχιστον ίση με την ποικιλία του ελεγχόμενου συστήματος Κανάλια ποικιλίας Variety kills variety!

Αντιμετώπιση της ποικιλίας Πώς αντιμετωπίζουμε την ποικιλία στην πράξη;

Επικοινωνία με το περιβάλλον: ενίσχυση και εξασθένηση της ποικιλίας Amplifier: ενισχυτής Attenuator: απομειωτής, εξασθενητής Variety: ποικιλία, μέτρο συμπλοκότητας, πλήθος δυνατών καταστάσεων

Επικοινωνία με το περιβάλλον μέσω της αντίληψης Για να κατανοήσουμε τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι αντιμετωπίζουν την πολυπλοκότητα του περιβάλλοντος, χρειάζεται να μελετήσουμε τις αντιλήψεις μας. Παραδείγματα: Η ‘εξασθένιση’ της ποικιλίας μέσω των αντιλήψεων: Βλέπουμε ό,τι είναι ‘σχετικό’ και αγνοούμε τα υπόλοιπα. Δε βλέπουμε όλο το φάσμα (π.χ. υπεριώδες, υπέρυθρο) Δεν ακούμε όλοι τις ίδιες συχνότητες “The lethal variety attenuator is sheer ignorance.” S. Beer

Μηχανισμοί «εξασθένισης» της ποικιλίας Ανθρώπινη φυσιολογία Δε βλέπουμε όλο το φάσμα Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά Ορισμένοι άνθρωποι δεν ακούν όλους τους μουσικούς τόνους Ανατροφή και κοινωνικοποίηση Επηρεαζόμαστε από την οικογένεια και το περιβάλλον που μεγαλώνουμε!

Μηχανισμοί ενίσχυσης της ποικιλίας Η ‘ενίσχυση’ της ποικιλίας του ατόμου απέναντι στο περιβάλλον: Χρήση της νοημοσύνης, αναπαραγωγή

Παράδειγμα Μια επιχείρηση που κατασκευάζει hardware

Ιεραρχία στόχων Μεταξύ των διαφορετικών στόχων ενός (ζωντανού) συστήματος εντάσσεται πάντα ο στόχος της βιωσιμότητας.

Η έννοια της βιωσιμότητας Ένα σύστημα είναι βιώσιμο, όταν έχει τη δυνατότητα συνεχούς προσαρμογής στο μεταβαλλόμενο περιβάλλον του. Επομένως ένα βιώσιμο σύστημα: Διατηρεί την ταυτότητά του Αξιοποιεί την εμπειρία του Μπορεί να μαθαίνει και να Εξελίσσεται Ο στόχος ενός βιώσιμου συστήματος – επιχείρησης δεν είναι η μεγιστοποίηση του κέρδους, αλλά η επιβίωση!

Χρησιμοποιώντας συστήματα για τη μοντελοποίηση οργανισμών και επιχειρήσεων Μπορούμε να μοντελοποιήσουμε μια επιχείρηση χρησιμοποιώντας: Το Οργανόγραμμα Απεικονίζει μόνο τη δομή (στατική εικόνα), και όχι το πώς δουλεύει μια επιχείρηση. Μοντέλα κυβερνητικής. «Η κυβερνητική είναι η επιστήμη του ελέγχου και της επικοινωνίας στα ζώα και τις μηχανές» (Norbert Wiener, 1948). Η κυβερνητική είναι η « επιστήμη της αποτελεσματικής οργάνωσης» («The science of effective organization») Εάν η κυβερνητική είναι η επιστήμη του ελέγχου, τότε η διοίκηση είναι το επάγγελμα του ελέγχου, σε ένα συγκεκριμένο τύπο συστημάτων «If cybernetics is the science of control, management is the profession of control -- in a certain type of system». Stafford Beer

Το μοντέλο του βιώσιμου συστήματος (The Viable System Model - VSM) Το VSM παρουσιάστηκε στο βιβλίο του S. Beer “Τhe brain of the firm”, το 1972 Άλλα βιβλία του S. Beer: ‘Diagnosing systems for organisations’, ‘The heart of enterprise’. Πρότυπο για την κατασκευή του μοντέλου αποτελεί το ανθρώπινο σώμα (νευρο-κυβερνητικό σύστημα) Στηρίζεται στο νόμο της απαιτούμενης ποικιλίας Χρησιμοποιεί την έννοια του ολισμού. Παρουσιάζει το μοντέλο της οργανωτικής δομής ενός βιώσιμου, ή αυτόνομου, συστήματος.

Το μοντέλο του βιώσιμου συστήματος (Viable System Model (VSM), S. Beer) The Five interacting systems – neurophysiological approach Πηγή: The Cwarel Isaf Institute

Βασικές αρχές βιώσιμων οργανισμών (αρχές διοίκησης) Αρχή 1η: Η ποικιλία που διαχέεται σε ένα σύστημα τείνει να εξισώνεται. Αυτό πρέπει να γίνεται με τις ελάχιστες δυνατές συνέπειες. Αρχή 2η: Τα κανάλια επικοινωνίας πρέπει να έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα από το (παράγον) υποσύστημα Αρχή 3η: Οι πληροφορίες, όταν μεταφέρονται, μέσω των καναλιών, μεταξύ υποσυστημάτων, αλλάζουν μορφή. Η ποικιλία της αλλαγής πρέπει να είναι ανάλογη της ποικιλίας του καναλιού. Αρχή 4η: Η εφαρμογή των προηγούμενων αρχών πρέπει να είναι συνεχής.

Βασικά Υποσυστήματα Βιώσιμων Συστημάτων Υποσύστημα Εφαρμογής Υποσύστημα Συντονισμού Υποσύστημα Ελέγχου Υποσύστημα Ανάπτυξης Υποσύστημα Πολιτικής

Βασικά Υποσυστήματα Βιώσιμων Συστημάτων Μετασύστημα Υποσύστημα 5 (Πολιτική) Περιβάλλον Υποσύστημα 4 (Ανάπτυξη) Υποσύστημα 3 (έλεγχος & διοίκηση) Υποσύστημα 2 (Συντονισμός) Υποσύστημα 1 (Λειτουργικές μονάδες) Λειτουργία

Το μοντέλο του βιώσιμου συστήματος Το Υποσύστημα 1 (μπλε) αντιστοιχεί σε ό,τι γίνεται (λειτουργίες) σε μια επιχείρηση (λειτουργικές μονάδες). Κάθε υποσύστημα είναι ένα βιώσιμο σύστημα. Το Υποσύστημα 2 (κίτρινο) δείχνει τις ενέργειες και τους πόρους που χρησιμοποιούνται για το συντονισμό των λειτουργικών μονάδων. Το Υποσύστημα 3 (κόκκινο) χαρακτηρίζει τις ενέργειες και τους πόρους που έχουν στόχο τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας κάθε λειτουργικής μονάδας. Το Υποσύστημα 4 (πράσινο) αναπαριστά το περιβάλλον της επιχείρησης, και τις ενέργειες και τους πόρους που χρησιμοποιούνται για τη γνώση του περιβάλλοντος και την απόκτηση εμπειρίας καθώς και την υλοποίηση των στρατηγικών για το μέλλον. Το Υποσύστημα 5 (μωβ) δείχνει τους κανόνες και τις αρχές που εφαρμόζονται στην επιχείρηση (π.χ. η ταυτότητα της επιχείρησης, οι ηθικές αξίες, οι κανόνες λειτουργίας)- λειτουργία της ομοιόστασης. Πηγή: The Cwarel Isaf Institute

Η ιεραρχία στο Μοντέλο Βιώσιμου Συστήματος Βασικό χαρακτηριστικό Βιώσιμων Συστημάτων είναι η ανακύκλωση Κάθε βιώσιμο σύστημα περιέχει βιώσιμα (υπο)συστήματα και περιέχεται και το ίδιο σε ένα βιώσιμο σύστημα. Από το απλούστερο έως το συνθετότερο (υπο)σύστημα, οι λειτουργίες που απαιτούνται είναι οι ίδιες.

Ιεραρχία στο μοντέλο του βιώσιμου συστήματος

Η ροή πληροφορίας στο μοντέλο βιώσιμου συστήματος Ο ρόλος της πληροφορικής Η τεχνολογία της πληροφορικής και των επικοινωνιών μπορεί να αξιοποιηθεί στο πλαίσιο του επανασχεδιασμού μιας επιχείρησης με βάση το VSM ώστε να αποκτήσει η επιχείρηση «νευρικό σύστημα» που υποστηρίζει την εκπλήρωση των στόχων της. Πηγή: The Cwarel Isaf Institute

Η διάσταση του χρόνου στο Μοντέλο Βιώσιμου Συστήματος Τα συστήματα 1-3 απασχολούνται με το τι συμβαίνει τώρα. Το σύστημα 4 ασχολείται με τα πιθανά συμβάντα στο μέλλον. Το σύστημα 5 ασχολείται με αυτό που πρέπει να γίνεται πάντα. ..και το παρελθόν;

Το μοντέλο του Βιώσιμου Συστήματος ως εργαλείο της διοίκησης επιχειρήσεων Η αποτελεσματικότητα μιας επιχείρησης συνδέεται με τη σωστή λειτουργία των 5 υποσυστημάτων στο πλαίσιο μιας επιχείρησης. Όταν κάποιο από τα υποσυστήματα αυτά υπολειτουργεί (ή δε λειτουργεί καθόλου), τότε η επιχείρηση αυτή δε λειτουργεί αποτελεσματικά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση (διάγνωση), τη ρύθμιση, το σχεδιασμό και την ανάπτυξη σύμπλοκων συστημάτων.

Εφαρμογή του μοντέλου Βιώσιμου Συστήματος Το μοντέλο του βιώσιμου συστήματος χρησιμοποιείται: Για να κατανοήσουμε τους οργανισμούς – επιχειρήσεις Για να τους επανασχεδιάσουμε και Για να διαχειριστούμε καλύτερα τις αλλαγές που συμβαίνουν σε έναν οργανισμό.

Εφαρμογή του μοντέλου Βιώσιμου Συστήματος Διάγνωση: καταγραφή κατάστασης λειτουργίας βασικών υποσυστημάτων (π.χ. λειτουργικές μονάδες, μονάδα συντονισμού κ.λπ.) Πώς ασκείται η διοίκηση των μονάδων (π.χ. κανάλι επικοινωνίας) με στόχο τη σταθερότητα και τη βελτιστοποίηση των λειτουργικών μονάδων; Πώς γίνεται η επικοινωνία με το περιβάλλον για το μακροπρόθεσμο (στρατηγικό) σχεδιασμό; Πώς επικοινωνούνται η πολιτική, οι αξίες κ.λπ. του συστήματος;

Εφαρμογή του μοντέλου Βιώσιμου Συστήματος Επιδιωκόμενα χαρακτηριστικά: Αυτονομία Ισορροπία εσωτερικού περιβάλλοντος Διαχείριση πληροφορίας (Πληροφοριακά Συστήματα) Ισορροπία με το (εξωτερικό) περιβάλλον

Εφαρμογή του μοντέλου Βιώσιμου Συστήματος Οι λειτουργίες που περιγράφει το μοντέλο του Βιώσιμου Συστήματος δεν ανταποκρίνονται αναγκαστικά σε μια εργασία ή έναν ρόλο. Πολλές από τις λειτουργίες αυτές μπορεί να εκτελούνται από τους ίδιους ανθρώπους. Ωστόσο, οι λειτουργίες αυτές πρέπει να εκτελούνται.

Παράδειγμα εφαρμογής του μοντέλου βιώσιμου συστήματος Υποστήριξη της διοίκησης μιας επιχείρησης με Τεχνολογίες Πληροφορικής και Επικοινωνιών T. Kovacheva, Viable Model of the Enterprise – A Cybernetic Approach for Implementing the Information Technologies in Management, International Journal "Information Theories & Applications" Vol.13, pp. 337-340

Εργασία Θέμα Εργασίας: "Υποστήριξη της λειτουργίας των επιχειρήσεων με Τεχνολογίες Πληροφοριών και Επικοινωνιών (ΤΠΕ) σύμφωνα με το μοντέλο βιώσιμου συστήματος (Viable System Model))".