ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Παρουσίαση με θέμα: "ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
Θεωρία Συστημάτων Μαρία Καρύδα ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Α’ Μέρος

2 Περιεχόμενο Α΄ μέρους διαλέξεων
Επιστημολογία: Θετικισμός και Θεωρία Συστημάτων Βασικές Αρχές Γενικής Θεωρίας Σύστημάτων Κυβερνητική Ταξινόμηση Συστημάτων Ιεραρχία Συστημάτων (Boulding)

3 Λίγη επιστημολογία Από την αρχαιότητα έως τα τέλη του 15ου μ.Χ. αι. η προ-επιστημονική περίοδος χαρακτηρίζεται από ένα μείγμα φιλοσοφίας, θεολογίας και παρατήρησης του κόσμου. Τελεολογία Από τον 16ο αι. διατυπώνονται φυσικοί νόμοι που στηρίζονται στις αρχές της Μηχανικής (Μηχανοκρατία - αιτιοκρατία). Με αφετηρία την Κοσμολογία, και τους νόμους του Νεύτωνα, η εικόνα του φυσικού κόσμου αντιστοιχεί σε αυτή μιας μηχανής και η περιγραφή του γίνεται σε μαθηματική γλώσσα. Παρατήρηση – πείραμα -νόμος Η μηχανοκρατία οδήγησε στην ιδέα της αιτιοκρατίας, της σχέσης αιτίας-αποτελέσματος και του αναγωγισμού.

4 Θετικισμός Ο θετικισμός ταυτίζεται με την κλασική επιστημονική σκέψη, δηλαδή τη μηχανοκρατία Θετικισμός = Αναγωγισμός + Επαναληψιμότητα + Διαψευσιμότητα

5 Αναγωγισμός (reductionism)
Για να μελετήσουμε την πραγματικότητα πρέπει να αφήσουμε εκτός πεδίου μελέτης τις λεπτομέρειες και να απομονώσουμε το αντικείμενο που μελετάμε (πείραμα). Τα προβλήματα πρέπει να διασπώνται και κάθε συνιστώσα τους να μελετάται ξεχωριστά. Θα πρέπει να δεχθούμε την πιο απλή από τις εξηγήσεις που εξηγούν πλήρως μία θεωρία (π.χ. ηλιοκεντρικό σύστημα αντί του γεωκεντρικού). Occam’s razor (William of Ockham, 14ος αιώνας), «Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem» Με τη συλλογιστική του αναγωγισμού, όλες οι επιστήμες ανάγονται στη φυσική. Παράδειγμα: «βία στα σχολεία» Κοινωνιολογία → Ψυχολογία → Βιολογία → Χημεία → Φυσική

6 Επαναληψιμότητα Για να διασφαλιστεί η αντικειμενικότητα της επιστήμης απαιτείται κάθε παρατήρηση και κάθε πείραμα να μπορεί να επαναληφθεί (με τον ίδιο ακριβώς τρόπο) από οποιονδήποτε επιστήμονα, με τα ίδια αποτελέσματα.

7 Διαψευσιμότητα (refutability)
Η επιστήμη διατυπώνει τις θέσεις της (theories, statements) με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορούν να διαψευστούν αν είναι εσφαλμένες. «Η βαρύτητα καμπυλώνει το χώρο». Αν ισχύει αυτό, τότε η θέση ενός άστρου στον ουρανό θα πρέπει να φαίνεται ότι αλλάζει, εάν η γωνία που το κοιτάζουμε είναι τέτοια, ώστε οι ορατές ακτίνες φωτός να περνάνε κοντά από τον ήλιο.

8 Ερωτήσεις Είναι η κοινωνιολογία επιστήμη; H ψυχολογία; H αστρολογία;

9 Μειονεκτήματα Η μηχανιστική προσέγγιση δε μπορεί να αντιμετωπίσει την οργανωμένη συμπλοκότητα πολύπλοκων δομών. Δε μπορεί να ερμηνεύσει πλήρως φαινόμενα όπως η οργάνωση, συντήρηση, ρύθμιση και άλλες βιολογικές διεργασίες. Δε μελετά τα αντικείμενα και τα φαινόμενα σφαιρικά και «ολιστικά». Μειονεκτεί στη μελέτη συμπεριφοράς ζωντανών οργανισμών που επιδιώκουν κάποιο σκοπό.

10 Μειονεκτήματα Προβλήματα στη θετικιστική προσέγγιση κοινωνικών φαινομένων: Το "αντικείμενο" της παρατήρησης (άνθρωπος) παρατηρεί τον παρατηρητή! Αν απομονώσεις έναν ή περισσότερους ανθρώπους από τον κοινωνικό περιβάλλον, τότε η συμπεριφορά τους αλλοιώνεται. Κάθε κοινωνική ομάδα είναι διαφορετική σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.

11 Εναλλακτικές προσεγγίσεις: Ολισμός
Η μελέτη μίας σύνθετης οντότητας ως ενιαίο όλον ονομάζεται ολισμός (holism). Θεμελιώδης αρχή είναι η δημιουργία ολοτήτων. Η προσέγγιση αυτή έχει τις ρίζες της στην αρχαιότητα, απέκτησε όμως νόημα στον εικοστό αιώνα αρχικά με τη μελέτη σύνθετων βιολογικών φαινομένων και αργότερα με κοινωνικά και άλλα φαινόμενα. Δύσκολα αξιοποιήσιμη προσέγγιση, οδηγεί σε μονομέρεια

12 Εναλλακτικές προσεγγίσεις: Θεωρία Συστημάτων
Η συστημική σκέψη ξεκίνησε από τον ολισμό, αλλά διαφοροποιήθηκε σταδιακά, έτσι ώστε να αφορά τη μελέτη και των μερών και του όλου. Ενιαία αντιμετώπιση ανόργανης και ζωντανής ύλης Βασικές αρχές: Το όλον είναι περισσότερο από το άθροισμα των μερών Το όλον καθορίζει τη φύση των μερών Τα μέρη δεν μπορούν να κατανοηθούν ανεξάρτητα από το όλον Τα μέρη αλληλοσυσχετίζονται και αλληλεπιδρούν δυναμικά

13 Πώς προέκυψε η Γενική Θεωρία Συστημάτων;
Η Θεωρία Συστημάτων προτάθηκε από το Βιολόγο Ludwig von Bertalanffy το 1936 και επεκτάθηκε στη συνέχεια από τον Ross Ashby. Ο von Bertalanffy πρότεινε τη νέα θεωρία αφενός ως αντίδραση στον αναγωγισμό (reductionism) και αφετέρου ως προσπάθεια αναβίωσης της ενότητας της επιστήμης. Υποστήριζε ότι τα πραγματικά συστήματα είναι ανοικτά και αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους, καθώς και ότι αποκτούν ποιοτικά διαφορετικές ιδιότητες με αποτέλεσμα τη συνεχή εξέλιξη. Στις αρχές της δεκαετίας του 1950 κάποιοι επιστήμονες παρατήρησαν ότι όλα τα συστήματα έχουν κάποιες κοινές αρχές και νόμους που διέπουν τη συμπεριφορά τους. Αν αυτό ισχύει, τότε μπορεί να υπάρξει ένας νέος επιστημονικός 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. Το 1954, ένας βιολόγος (Ludwig von Bertalanffy) ένας οικονομολόγος (Kenneth Boulding), ένας μαθηματικός (Anatol Rapaport) και ένας φυσιολόγος (Ralph Gerald) συναντιούνται στην ετήσια συγκέντρωση της American Association for the Advancement of Science (AAAS) και ιδρύουν την «Εταιρεία για τη Γενική Θεωρία Συστημάτων» (Society for General Systems Theory).

14 Βασικός στόχος της Γ.Θ.Σ.: Η ενότητα της επιστήμης
Σύμφωνα με τον von Bertalanffy: Υπάρχει μια γενικευμένη τάση ενοποίησης μεταξύ των επιστημών, φυσικών και κοινωνικών. Η ενοποίηση αυτή αποτελεί κεντρικό σημείο για τη Γενική Θεωρία Συστημάτων. Με την ανάπτυξη βασικών αρχών που διατρέχουν κάθετα το χώρο των διαφορετικών επιστημών η Γ.Θ.Σ. μας φέρνει εγγύτερα στο στόχο της ενοποίησης των επιστημών. Οι δύο τάσεις, ενοποίηση και εξειδίκευση, υπήρχαν και υπάρχουν πάντα στην επιστήμη.

15 Η έννοια του συστήματος
Ένας από τους πολλούς ορισμούς: Ένα σύστημα ορίζεται ως ένα σύνολο αντικειμένων, μαζί με τις σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ των αντικειμένων αυτών και μεταξύ των ιδιοτήτων των αντικειμένων καθώς και με το περιβάλλον τους, ώστε να σχηματίσουν μια ολότητα. «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». Schoderbek, Schoderbek, Kefalas (1990) Ποια από τα ακόλουθα είναι συστήματα; Windows XP Πανεπιστήμιο Αιγαίου Οι φοιτητές σε μία τάξη Η Εθνική Παιδεία Η εθνική Ομάδα Ποδοσφαίρου

16 Αντικείμενα και γνωρίσματα
Αντικείμενα: Μας ενδιαφέρει η λειτουργία (συμπεριφορά) των αντικειμένων ενός συστήματος. Τα γνωρίσματα χαρακτηρίζουν τόσο τα αντικείμενα όσο και τις σχέσεις μεταξύ τους.

17 Σχέσεις μεταξύ των αντικειμένων
Ως σχέση μεταξύ των αντικειμένων ορίζεται η αλληλεξάρτηση μεταξύ τους, και μπορεί να λάβει τις εξής μορφές: 1ου βαθμού: Μια σχέση συμβιωτικής μορφής μπορεί να είναι παρασιτικού ή αμοιβαίου τύπου. Παρασιτική: το ένα μέρος δε μπορεί να λειτουργήσει ανεξάρτητα Αμοιβαία: κανένα μέρος δε μπορεί να επιβιώσει αυτόνομα (προμηθευτής – πωλητής) 2ου βαθμού: Από τις σχέσεις συνεργατικής μορφής προκύπτουν οι αναδυόμενες ιδιότητες. 3ου βαθμού: Με την ύπαρξη πλεοναζόντων στοιχείων υπάρχουν επαναλαμβανόμενες σχέσεις, που συμβάλλουν στην αξιοπιστία του συστήματος (π.χ. σύστημα ελέγχου πτήσεων).

18 Σκοπός Η αλληλεξάρτηση των στοιχείων συνεισφέρουν στην επίτευξη κάποιου σκοπού ή κάποιας τελικής σταθερής κατάστασης ή κάποιας κατάστασης ισορροπίας. Τα τεχνολογικά συστήματα κατασκευάζονται για κάποιο σκοπό. Τα κοινωνικά συστήματα ομοίως επιδιώκουν κάποιους στόχους. Τα φυσικά συστήματα τείνουν σε μια σταθερή κατάσταση (κατάσταση ισορροπίας) Υπάρχουν οι δηλωθέντες και οι πραγματικοί στόχοι που πρέπει να βρίσκονται σε συμφωνία, διαφορετικά έχουμε απόκλιση.

19 Περιβάλλον Στο περιβάλλον ανήκουν όλα τα στοιχεία που βρίσκονται έξω από τον έλεγχο του συστήματος, αλλά επηρεάζουν τη συμπεριφορά του. Το περιβάλλον προσφέρει τα δεδομένα εισόδου και δέχεται τα αποτελέσματα της εξόδου. Ανοικτά συστήματα: αυτά που επικοινωνούν με το περιβάλλον. Τα κλειστά συστήματα δεν έχουν εισαγωγή ενέργειας για αυτό και δε μπορούν να ζήσουν. Η Γενική Θεωρία Συστημάτων ασχολείται με τα ανοικτά συστήματα. Το τι ανήκει στο σύστημα και τι στο περιβάλλον, είναι θέμα της υποκειμενικής αντίληψης του παρατηρητή!

20 Όρια συστήματος Νοητός διαχωρισμός που οριοθετεί (ξεχωρίζει) το σύστημα από το περιβάλλον του. Για να καθορίσουμε τα όρια ενός συστήματος πρέπει να απαντήσουμε στα ακόλουθα ερωτήματα: Έχει το συγκεκριμένο στοιχείο άμεση σχέση με τους στόχους του συστήματος; Μπορεί το σύστημα, να κάνει άμεσα κάτι για το συγκεκριμένο στοιχείο; Εάν η απάντηση είναι θετική και στις δύο ερωτήσεις, τότε το στοιχείο ανήκει στο σύστημα, διαφορετικά, εάν η απάντηση στο πρώτο ερώτημα είναι θετική και στο δεύτερο αρνητική τότε το στοιχείο ανήκει στο περιβάλλον. Τα όρια δεν είναι συμπαγή.

21 Είσοδος, Επεξεργασία, Έξοδος
Όλα τα (ανοικτά) συστήματα εξαρτώνται από τα στοιχεία εισόδου, τα οποία μετασχηματιζόμενα σε έξοδο βοηθούν το σύστημα να επιτύχει το σκοπό του. Η έξοδος ενός συστήματος χρησιμοποιείται ως είσοδος άλλων συστημάτων. Είσοδος: εισαγωγή ενέργειας. Επεξεργασία: μετασχηματισμός εισόδου σε έξοδο. Έξοδος: αποτέλεσμα επεξεργασίας προσέγγιση (ή απόκλιση) του στόχου του συστήματος. Στα ζωντανά συστήματα η διαδικασία είναι επαναληπτική.

22 Έλεγχος και αυτορύθμιση
Όλα τα συστήματα έχουν ένα σκοπό. Τα συστήματα χρησιμοποιούν μηχανισμούς κυβερνητικής (feedback από το περιβάλλον) για να ελέγξουν τη συμπεριφορά τους ώστε να επιτύχουν το στόχο τους. Έλεγχος αποτελεσμάτων εξόδου και σύγκριση με τα αναμενόμενα αποτελέσματα (αναμενόμενη συμπεριφορά η επίτευξη του σκοπού). Εντοπισμός και διόρθωση αποκλίσεων. Ο έλεγχος αποτελεί εσωτερική διαδικασία του συστήματος. Υπάρχει αρνητικός (negative feedback) και θετικός έλεγχος (positive feedback) Εάν ένα σύστημα πάψει να παράγει τα αναμενόμενα αποτελέσματα εξόδου, τότε μπορεί να συμβούν τα ακόλουθα: Προσαρμογή του συστήματος Αλλαγή προσδοκιών του περιβάλλοντος Κατάργηση του συστήματος

23 Μηχανισμός Ελέγχου (Feedback)
είσοδος επεξεργασία έξοδος Σύγκριση/διόρθωση ανιχνευτής πρότυπα Σύστημα

24 Αρχές ελέγχου 1η αρχή: Ο έλεγχος του συστήματος πρέπει να είναι άμεσος και να γίνεται βάσει σύγκρισης με κάποια πρότυπα. Συνέπεια: Η λειτουργία του έλεγχου πρέπει να είναι συνεχής και εσωτερική. 2η αρχή: Ο έλεγχος είναι συνώνυμο της επικοινωνίας Συνέπεια: δε μπορεί να λειτουργήσει ο έλεγχος χωρίς επικοινωνία και αντίστροφα.

25 Δομή συστημάτων και Αρχή της Ιεραρχίας
Τα σύμπλοκα φυσικά φαινόμενα είναι οργανωμένα σε ιεραρχίες οργανωμένης συμπλοκότητας, όπου κάθε επίπεδο αποτελείται από διαφορετικά συστήματα. Συνέπεια: Ο διαχωρισμός σε συστήματα, υποσυστήματα και υπερσύστημα είναι σχετικός, ανάλογα με το αντικείμενο του ενδιαφέροντος κάθε φορά. Ένα σύστημα μικρότερης συμπλοκότητας αποτελεί πάντα υποσύστημα συστήματος μεγαλύτερης συμπλοκότητας. Μέσα σε ένα σύστημα υπάρχει μια ιεραρχία υποσυστημάτων, ενώ το σύστημα μπορεί να ανήκει σε ένα υπερσύστημα. Η διάκριση γίνεται με βάση το επίπεδο συμπλοκότητας (άτομο, μόριο, κύτταρο, ιστός, όργανο, κ.λπ.) και δεν εκφράζει επίπεδα εξουσίας αλλά επίπεδα συμπλοκότητας. Ερώτηση: Σε ποιο (υπερ)σύστημα ανήκει το Πανεπιστήμιο Αιγαίου;

26 Ιεραρχία Παράδειγμα ιεραρχίας σε κοινωνικά συστήματα.

27 Διαφοροποίηση Διαφοροποίηση ρόλων: Στα ανοικτά συστήματα αναπτύσσεται εξειδίκευση των στοιχείων τους. Τα μικρότερα υποσυστήματα μπορεί να εκτελούν ειδικές λειτουργίες.

28 Εντροπία Είναι το μέτρο της αταξίας και δείχνει την τάση των αντικειμένων του φυσικού κόσμου να βρίσκονται σε αταξία. Ένα απομονωμένο σύστημα αυξάνει ή διατηρεί την εντροπία του αλλά δεν τη μειώνει. Όλα τα συστήματα τείνουν στην αταξία όταν αφήνονται να λειτουργήσουν από μόνα τους. Η εισαγωγή ενέργειας από το περιβάλλον είναι προϋπόθεση επιβίωσης του συστήματος. Συνέπειες για τα Π.Σ. και τους οργανισμούς: ένας κλειστός οργανισμός δε μπορεί να αυξήσει την οργάνωση, η οποία τελικά μειώνεται. Χωρίς εισροές από το περιβάλλον, ένας οργανισμός δε μπορεί να επιβιώσει, να αναπτυχθεί ή να αλλάξει.

29 Μονοτερματικότητα και πολυτερματικότητα
Μονοτερματικότητα και πολυτερματικότητα Μονοτερματικότητα: Ορισμένα ανοικτά συστήματα, ξεκινώντας από διαφορετική αρχική κατάσταση και ακολουθώντας διαφορετική πορεία εξέλιξης μπορούν να φθάσουν μόνο σε μια τελική κατάσταση. Πολυτερματικότητα: Η επίτευξη διαφορετικών στόχων ξεκινώντας από την ίδια αφετηρία και χρησιμοποιώντας τα ίδια μέσα.

30 Αναδυόμενες ιδιότητες
Σε κάθε επίπεδο προκύπτουν κάποιες νέες ιδιότητες, οι οποίες δεν υφίστανται στα κατώτερα επίπεδα και τις οποίες ονομάζουμε ανακύπτουσες ή αναδυόμενες ιδιότητες (emergent properties). Για παράδειγμα το νερό έχει ιδιότητες τις οποίες δεν έχουν τα στοιχεία που αποτελούν. Οι αναδυόμενες ιδιότητες είναι το θεμελιώδες χαρακτηριστικό της ολιστικής και κατ’ επέκταση της συστημικής θεώρησης.

31 Αναδυόμενες ιδιότητες
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. Π.χ. το κάρβουνο και 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.

32 Νόμος της συμπληρωματικότητας
Δύο διαφορετικές θεωρήσεις (μοντέλα) του ίδιου συστήματος μπορεί να διαφέρουν. Συνέπειες: Χρειάζεται να εξετάζουμε διαφορετικά μοντέλα του ίδιου συστήματος. Δεν εξετάζουμε εάν έχουμε το «σωστό» μοντέλο, αλλά εάν έχουμε το «πιο χρήσιμο» μοντέλο.

33 Νόμος της απαιτούμενης ποικιλίας
Ποικιλία: πλήθος πιθανών καταστάσεων στις οποίες μπορεί να βρεθεί ένα σύστημα. Νόμος απαιτούμενης ποικιλίας “Variety kills Variety” : «Ο μηχανισμός ελέγχου πρέπει να διαθέτει τόσους εναλλακτικούς τρόπους δράσης, όσα και τα ενδεχόμενα γεγονότα που μπορεί να συμβούν.» Έστω ότι ένα σύστημα (Σ) διαθέτει μηχανισμό ελέγχου (R), που στοχεύει στην επίτευξη του στόχου (G) και υφίσταται διαταράξεις (D) από το περιβάλλον. Ο στόχος G μπορεί να επιτευχθεί μόνο αν ο μηχανισμός ελέγχου έχει ικανή ποικιλία και χωρητικότητα (καναλιού) τουλάχιστον τόση όση οι διαταράξεις D. Συνέπεια: Ένας μηχανισμούς ελέγχου χρειάζεται να έχει τόσους διαφορετικούς τρόπους δράσης, όσες οι διαφορετικές καταστάσεις του συστήματος. Για τα Π.Σ.

34 Αρχή της ενιαίας ολότητας
Ένα σύστημα αποτελεί ενιαία ολότητα και εμφανίζει συμπεριφορά (ιδιότητες) που δε μπορούν να αποδοθούν σε κανένα από τα επιμέρους στοιχεία του ξεχωριστά.

35 Αρχή της αβεβαιότητας Δεν υπάρχει σύστημα το οποίο γνωρίζουμε πλήρως.
Συνέπειες: Εξετάζοντας ένα σύστημα «από μέσα», τα στοιχεία του συστήματος μπορούν να έχουν γνώση για τα επιμέρους στοιχεία και τις σχέσεις τους, αλλά όχι για τη συμπεριφορά του ως ολότητα. Εξετάζοντας το σύστημα «από έξω» μπορούμε να καταλάβουμε τη συμπεριφορά του, μέσα από την αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, αλλά όχι τα επιμέρους στοιχεία του. H ταινία του Möbius

36 Αρχή πλεονασμού των πόρων
Η διατήρηση της κατάστασης ισορροπίας σε ένα σύστημα κάτω από κατάσταση διαταραχής απαιτεί την ύπαρξη πλεοναζόντων στοιχείων σε κρίσιμους πόρους.

37 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.

38 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.

39 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.

40 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 του manager είναι να χρησιμοποιήσει τις τάσεις που υπάρχουν για να επιτευχθούν οι στόχοι που θέτει.

41 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.

42 Θεώρημα μη πληρότητας της Αριθμητικής (Kurt Godel)
Σε κάθε μαθηματικό σύστημα που είναι ισχυρό τουλάχιστον όσο η θεωρία των φυσικών αριθμών υπάρχουν προτάσεις μη αποκρίσιμες (μη αποφασίσιμες - undecidable). Συνέπεια: 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.

43 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.

44 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

45 Cybernetics ( Κυβερνητική)
Προέρχεται από την ελληνική λέξη «κυβερνήτης» Norbert Wiener (1894 – 1964): Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine (1948) Αρχικός ορισμός: «Κυβερνητική ονομάζεται το πεδίο που ασχολείται με τη θεωρία του ελέγχου και της επικοινωνίας στις μηχανές και σε ζώντες οργανισμούς» ..πλέον εφαρμόζεται και στον άνθρωπο και την κοινωνία Οι ιδέες της Κυβερνητικής υπάρχουν επιρροές από προηγούμενη έρευνα σε αυτο-οδηγούμενες συσκευές (Self-regulating devices), μηχανισμούς ανατροφοδότησης(feedback mechanisms) και τη θεωρία πληροφορίας του Shannon.

46 Κυβερνητική & Θεωρία Συστημάτων
Εννοιολογικά η Θεωρία Συστημάτων είναι συγγενής με την Κυβερνητική, διότι η Γ.Θ.Σ. προσθέτει στις δύο βασικές έννοιες της Κυβερνητικής, που είναι ο έλεγχος και η επικοινωνία, τις εξής έννοιες: την ιδέα του ολισμού (Holism), την ιεραρχία (Hierarchy), και την έννοια της αναδυόμενης ιδιότητας (emergent property).

47 Κυβερνητική είναι.. η μελέτη της επικοινωνίας και του ελέγχου, η σε ζωντανούς οργανισμούς, μηχανές, οργανώσεις και συνδυασμούς τους. Η μελέτη αυτή είναι θεωρητική, και δε στηρίζεται απαραίτητα σε εμπειρικό πεδίο. Σε ιδέες της κυβερνητική βασίζονται τα ακόλουθα πεδία: Τεχνητή νοημοσύνη (artificial intelligence), πολύπλοκα συστήματα (complex systems) και θεωρία της πολυπλοκότητας (complexity theory), συστήματα στήριξης αποφάσεων (decision support systems), προσαρμοζόμενα συστήματα ( adaptive systems), συστήματα ελέγχου (control systems), δυναμικά συστήματα (dynamical systems), επιχειρησιακή έρευνα (operations research), οργανισμοί που μαθαίνουν (learning organizations), προσομοίωση (simulation), και μηχανική των συστημάτων (systems engineering).

48 Η καινοτομία της κυβερνητικής
Δημιούργησε επιστημονικό πεδίο με αντικείμενο την επίτευξη στόχων (teleological mechanisms): Κατανόηση του στόχου μέσω μηχανισμού ανατροφοδότησης με τον οποίο μειώνεται η απόσταση της επιθυμητής κατάστασης (στόχου) από την τρέχουσα. H Γ.Θ.Σ. περιλαμβάνει τις βασικές αρχές της Κυβερνητικής αλλά δεν ταυτίζεται με αυτή (είναι γενικότερη).

49 Αρχές κυβερνητικής: Έλεγχος
Ο έλεγχος επιτυγχάνεται από ειδικά υποσυστήματα και έχει στόχο να διατηρήσει συγκεκριμένες μεταβλητές του συστήματος εντός προκαθορισμένων ορίων π.χ. καλοριφέρ (υποσύστημα ελέγχου: θερμοστάτης). Τα υποσυστήματα ελέγχου έχουν τέσσερα βασικά στοιχεία (που και αυτά είναι υποσυστήματα): Control object: Μεταβλητές του συστήματος Detector: Παρακολουθεί το ‘control object’ Comparator: Συγκρίνει με βάση κάποιο πρότυπο Effector: Ενεργεί για να επαναφέρει το σύστημα Παραδείγματα: Αυτόματος πιλότος Κυβερνήτης ιστιοφόρου

50 Αρχές ελέγχου 1η Αρχή Ελέγχου: Για να επιτύχει το σύστημα ελέγχου πρέπει: (α) να συγκρίνει συνέχεια και αυτομάτως τα συμπεριφορικά χαρακτηριστικά του συστήματος με ένα συγκεκριμένο πρότυπο και (β) να υπάρχει συνεχής και αυτόματη διορθωτική δράση (feedback, corrective action)

51 Κυβερνητική και Θεωρία Πληροφορίας
2η Αρχή Ελέγχου: Ο έλεγχος είναι συνώνυμος με την επικοινωνία. Claude Shannon (Shannon and Weaver, 1949), η Εντροπία ως μέτρο της πληροφορίας 3η Αρχή Ελέγχου: «..variables are brought back into control in the act of and by the act of going out of control»

52 Μηχανισμοί Ανατροφοδότησης (Feedback mechanisms)
Τα δεδομένα ελέγχου ενισχύουν τη συμπεριφορά του συστήματος προς την ίδια κατεύθυνση Αρνητικό feedback: Τα δεδομένα ελέγχου κατευθύνουν τη συμπεριφορά του συστήματος προς την αντίθετη κατεύθυνση

53 Παραδείγματα θετικού feedback
Οδηγεί σε ‘διόγκωση’ του συστήματος (φαινόμενο χιονοστιβάδας)

54 Παράδειγμα αρνητικού feedback
Οδηγεί σε κατάσταση ισορροπίας και επίτευξη στόχου

55 Τι συμβαίνει όταν δεν υπάρχει σύστημα ελέγχου;
Blind control Τι συμβαίνει όταν ένας οδηγός κοιμάται στο τιμόνι; Όταν βάζουμε το φαγητό στο φούρνο;

56 Ερώτημα για συζήτηση Με βάση τις αρχές της κυβερνητικής, τι δεν πάει καλά στο ‘σύστημα διδασκαλίας’ που εφαρμόζουμε στο πανεπιστήμιο;

57 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 (πχ intrusion detection systems) Συστήματα που επιλέγουν στόχους και μέσα (πχ άνθρωπος)

58 Ταξινόμηση συστημάτων
Σε σχέση με τη δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς τους: Αιτιοκρατικά Πιθανολογικά Σε σχέση με τη συμπλοκότητά τους: Απλά 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 Ερώτημα: Είναι απλή ή σύμπλοκη η μηχανή ενός αυτοκινήτου; Η σχέση δύο ανθρώπων;

59 Απλά vs. σύμπλοκα συστήματα
Τα απλά συστήματα: Έχουν μικρό πλήθος στοιχείων Οι δεσμοί συναλλαγής είναι περιορισμένοι Τα στοιχεία έχουν σαφή χαρακτηριστικά Τα στοιχεία είναι καλά οργανωμένα Υπάρχουν νόμοι που καθορίζουν τη συμπεριφορά του συστήματος Το σύστημα δεν επηρεάζεται σημαντικά από το περιβάλλον Τα σύμπλοκα συστήματα: Έχουν μεγάλο πλήθος στοιχείων Υπάρχουν πολλοί δεσμοί συναλλαγής μεταξύ των στοιχείων Τα στοιχεία έχουν χαρακτηριστικά που δεν προκαθορίζονται Υπάρχει χαλαρή οργάνωση Η συμπεριφορά του συστήματος είναι πιθανοκρατική Εξελίσσονται μέσα στο χρόνο Τα υποσυστήματα έχουν δικούς τους επιμέρους στόχους Είναι ανοικτά στο περιβάλλον

60 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

61 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!