Systeemiteoria.

Esitys aiheesta: "Systeemiteoria."— Esityksen transkriptio:

1 Systeemiteoria

2 TietoJÄRJESTELMÄtiede
Mitä tarkoittaa järjestelmä? Tietojärjestelmien pioneerit tarkoittivat tietojärjestelmän nimenomaan järjestelmäksi Yleisen systeemiteorian mielessä

3 Systeemi Järjestelmän järjestelmällisyys
Tosiolevainen vai rakennustelineet? Soveltaminen eri aloille Systeeminsuunnittelu Erilaiset tulkinnat Formaalinen - tietojenkäsittelytiede Holistinen - tietojärjestelmätiede

4 Yleinen systeemiteoria
General Systems Theory Kehittyi 1940-luvulla Ajattelutapa pikemmin kuin teoria metateoria? Kausaalisuus A:sta seuraa B esimerkkinä nahka-allergia

5 Yleinen systeemiteoria
Monimutkaiset vaikutussuhteet Syy ja seuraus suhteellisia Tekijöiden tai osien lukumäärä liian iso intuitiivisesti yhdellä kerralla hahmotettavaksi Kybernetiikka (kibernetika) Kreikkalainen (venäläinen) : Kubernetes Perämies, ohjaaja

6 Systeemiteorian yleisyys
Elektroniikka Tietokone Tietojärjestelmä Säätötekniikka Ohjustekniikka Biologia Psykologia Taloustiede Organisaatioteoria

7 Systeemin määritelmä: rakenne ja toiminta
Systeemi on joukko alkioita ja niiden välisiä relaatioita Alkiot aktiivisia elementtejä identiteetti ja toiminnallisuus vrt. prosessien toimenpiteet Relaatiot (suunnatut) kytkentöjä välittävät viestejä alkiolta toiselle vrt. prosessien kulkukaaviot

8 Aktiivinen elementti Input-kytkennät Output-kytkennät Transformaatio
vähintään yksi, ei saa olla lähde Output-kytkennät vähintään yksi, ei saa olla nielu Transformaatio käyttäytyminen: output määräytyy inputista deterministinen vektorifunktio usean muuttujan funktio, jolla on monta arvoa

9 Aktiivinen elementti

10 Rakenne Kytkennät ovat suunnattuja relaatioita
Siirtää output-kytkennän arvon toisen alkion input-kytkennän arvoksi Systeemin tilanmuutos peräkkäisinä ajanhetkinä miten muutokset säteilevät naapureihinsa jatkuvuus raja-arvotarkastelulla Kokonaisuuden käyttäytyminen osien käyttäytymisen perusteella rakenteen perusteella Wholes and parts (Oskar Lange)

11 Kytkentärakennetyypit
Peräkkäisyys Haarautuminen fan out (hajautuva) fan in (kokoava) Silmukka Palaute (feedback) ohjauskyvyn edellytys Yhden alkion eri kytkennät voivat liittyä eri rakennetyyppeihin Vrt. rakenteisen ohjelmoinnin rakenneprimitiivit

12 Systeemin rakenne

13 Käyttäytyminen Kokonaisuuden käyttäytyminen on ”enemmän” kuin osiensa summa Säätely esim. termostaatti Pyrkimys tavoitetilaan Asymptoottinen Harmoninen (värähtelevä) Poikkeamasta toipuva Hajautuva

14 Säätöjärjestelmä Lämpösyöttö odotetun tehon tarpeen mukaan
Lämpösyöttö toteutuneen lämpötilan mukaan: palaute Tavoitelämpötilan porrastus eri ajanhetkinä Lämpövaraajan käyttö yösähköllä

15 Systeemin kuvaaminen Graafisesti Matriisein Transformaatiot kaavoin
Laatikoita ja nuolia, tekstiselitykset Havainnollinen (ihmiselle) Matriisein koneystävällinen Transformaatiot kaavoin

16 Osasysteemi Systeemi = kokonaisuus Alkiot = kokonaisuuden osat
Alkio voidaan jakaa edelleen pienemmiksi osiksi Niiden suhteen jaettu alkio muodostaa nyt systeemikokonaisuuden Samoin systeemikokokonaisuus voi olla alkiona laajemmassa systeemissä

17 Systeemihierarkia

18 Hierarkian syntaksi (pelisäännöt)
Osasysteemeihin jaettaessa rakenne pitää säilyttää toiminta/ käyttäytyminen pitää säilyttää systeemin yleisiä rakenneperiaatteita pitää noudattaa erityinen huomio palautesilmukoiden loogisuuteen Symmetrisesti toiseen suuntaan

19 Monitasoisen tarkastelun ja esityksen voima
Yhdellä tasolla havainnollinen määrä osia Magical number Mahdollista valita kulloinkin tarkoituksenmukainen tarkkuustaso Monimutkaisuuden hallittavuus Neljä tasoa: 74 = 2401 alkiota Black box Ei haluta yksityiskohtia, vaikka se olisikin mahdollista

20 Systeemihierarkian sovellus: rakenteellinen suunnittelu
Aloitetaan kokonaisuudesta: top down Jaetaan osasysteemeiksi Muodostetaan rakenne ja jaetaan toiminnallisuus Tarkistetaan alkuperäisen ja jaetun yhteneväisyys Jaetaan jokainen osasysteemi edelleen pienemmiksi osasysteemeiksi Kunnes ne ovat niin pieniä, että ne voidaan ilman tarkempaa kuvausta määritellä ja toteuttaa

21 Monitasoisuus Koko järjestelmä voidaan kuvata alkioiden tasolla
jos seinän koko riittää havainnollisuus on olematon: spagetti-ilmiö Osasysteemien rajat voidaan piirtää tähän karttaan rajaavat alueita eivät leikkaa toisiaan eri tasoiset osasysteemit ovat sisäkkäisiä kytkentävirrat kulkevat näiden välillä

22 Tietojärjestelmä järjestelmänä
Alkioita ovat “alkeisprosessit” ohjelmakäskyt tai lyhyet ohjelmapätkät toiminnot Kytkentöjä ovat tieto/informaatiovirrat (data flow) “välitulokset”, jotka siirtyvät prosessista toiseen Prosessit ja informaatiojoukot ovat duaalisessa suhteessa esiintyvät vuorotellen, ei kahta samanlaista peräkkäin tietojärjestelmä esitetään usein duaalisesti Lisäksi osasysteemin sisällä on usein myös pysyviä informaatiojoukkoja

23 Tietojärjestelmän rakenne

24 Zoom in

25 Systeemin käyttäytyminen
Määräytyy jokaisen alkion käyttäytymisen (transformaatio) ja niiden keskinäisen rakenteen perusteella On determinististä käyttökelpoisuus perustuu tähän 2 + 2 = 4 joka kerta Systeemiyksikön output määräytyy sen inputin perusteella

26 Systeemin tila ja tavoite
Mikrofoni ja vahvistin Termostaatti Ohjuksen ohjautuminen maaliin Poikkeama tavoitteesta palautumiskyky häiriönsietokyky

27 Toipumisen rajat Staattinen tavoite: X-staatti
stabiilisuusalue Muuttuva tavoite: ”navigointi” ergodisuusalue Ohjausjärjestelmä muuttaa järjestelmän tilaa kohti tavoitetilaa erityisesti palautesilukoita hyväksikäyttäen Voima ja vastavoima tasapaino Säätötekniikan erityisvahvuus prosessiteollisuus

28 Esimerkkejä Gerald M. Weinberg & Daniela Weinberg:
General Principles of Systems Design

29

30

31

32

33

34

35

36

37 Tietojärjestelmän ohjaus säätötekniikan mielessä
Vältetään kaatumista Ylläpidetään verkkoyhteyksiä Pidetään hakemistoja järjestyksessä Tarkkaillaan ja virkistetään käyttöliittymää Suoritetaan sovellusohjelmia Mutta: ohjauksen varsinainen kohde on tietojärjestelmän ulkopuolella

38 Käyttäytymisen deterministisyys
Tärkeä ja positiivinen ominaisuus Luotettavuuden ja laadun edellytys Rajoittava, vrt. ihmisen toiminta Reagointi ympäristön muutoksiin Reaktio (vakio) Vaste (tilanteen mukaan määräytyvä) Satunnaisuus Vaihtelua, ei luovuutta eikä älykkyyttä Pysyvissä tiedoissa oleva “muisti” Systeemin sisäinen tila, vastetta varten

39 Systeemikäsitteen kohde
Luonnonsysteemi On olemassa systeemitarkastelusta riippumatta Selittäminen ja ymmärtäminen systeemiteorian avulla Systeemiteorian käyttö kuin rakennusteline Artefakta Ihmisen valmistama Suunniteltu systeemiteorian perusteella

40 Systeemiteorian erityispiirteitä
Systeemiteoria ei ole teoria (metateoria) Systeemiä ei ole olemassa Rakennepiirteiden korostuminen Atomismi, jaettavuus Rakenteellinen konservatismi Hierarkkisuus Black-box’ismi: valittu tarkastelutaso Synergiamystiikka > osien summa

41 Systeemin tavoitteen alkuperä
Systeemin käyttäytymisellä on tavoite Luonnonsysteemi Tavoite ei muutu tulkinnasta: rakennusteline Tulkitsija voi ymmärtää tavoitteen virheellisesti Artefakta Konstruoitu määrättyyn tarkoitukseen Voiko systeemi “itse” asettaa tai muuttaa tavoitteitaan?

42 Ihminen systeeminä Elimistön toiminta Tavoitteinen, tietoinen toiminta
verenkierto, ruoansulatus, paraneminen “autonomisia” toimintoja Tavoitteinen, tietoinen toiminta determinismi johtaa mekanistiseen ihmiskäsitykseen Jos ihmistä halutaan tarkastella systeeminä, pitää tälle systeemille luoda mahdollisuus määritellä omia tavoitteitaan. Kun tämä ei ole mahdollista formaalisen tulkinnan mukaan, pitää käyttää toista tulkintaa tai pidättyä tarkastelemasta ihmistä systeeminä

43 Ihminen systeemin alkiona
Ihminen yhteisön osana Käyttäytyminen epädeterminististä Luovuus - vastuun ottaminen Työnjako ja koordinointi Systeemin alkio - koneiston ratas Alistaminen - vallankäyttö

44 Sääntöjen noudattaminen
Ihmisen käyttäytyminen ei ole täysin ennustamatonta Ihmiset seuraavat sääntöjä pakko, fysiologiset rajoitukset sitoutuminen, sosiaaliset normit Sääntöjen luonne-ero tietokoneohjelma sosiaaliset, instituutioiden säännöt

45 Holistinen tulkinta Vertauskuvallinen Soft systems approach
Korostaa kokonaisvaltaisuutta Esim. perheterapia yhteinen ongelma projisoitu yhteen yksilöön hoidon pitää kohdistua yhteisöön

46 Soft Systems Methodology
Peter Checkland (Lancaster, UK) 1981 (1972) Kaksi aluetta Real World Systems Thinking about Real World Menetelmän soveltaminen alkaa todellisuuden puolelta ja palautetaan sinne Malleja verrataan todellisuuteen ja ne hyväksytään todellisuuden puolella

47 SSM Rich Picture Root definition, CATWOE
ongelma-alueen rikas kuvaus, myös ristiriitoja Root definition, CATWOE Customer Actor Transformation Weltanschauung Owner Environment

48 Holistisuus tarkastelun suuntana
Formaalinen tulkinta alkioista kokonaisuuksiksi bottom up Holistinen tulkinta kokonaisuudesta osiin top down osiin jakaminen ei mekaaninen Tietojärjestelmien kehittäminen ensin top down sitten bottom up

49 Message-in-Circuit Ympäristön merkitys!
Sisäpuoli ja ulkopuoli Tarkasteltava systeemi on osa jostakin laajemmasta kokonaisuudesta, jota ei saa jättää ottamatta huomioon Tämä kokonaisuus on syntynyt jakamalla laajempi kokonaisuus osiin mielivaltaisesti Jako ”organismiin” ja ympäristöön

50 MiC kuvio Imaginaarinen tietoteoreettinen raja ORGANISMI Message- in-
Circuit yMPÄRISTÖ

51 Käsitepolarisaatio ORGANISMI YMPÄRISTÖ yhteiskunta Self me ego mies
järki mind valkoinen sivistynyt pääoma YMPÄRISTÖ luonto Other he id nainen tunne body värillinen primitiivinen työ

52 Organisaatio systeeminä
Organisaatiokampa funktionaalinen rakenne työnjako koordinointi Virallinen organisaatio Byrokratian ideaalityyppi tietokone on erinomainen byrokraatti

53 Organisaatio ja organismi
Organisaatio (Ackoff vastaan Beer) Systeemi muodotuu vähintään kahdesta osasysteemistä, jotka ovat tarkoituksellisia (purposeful) systeemejä Osasysteemien kesken vallitsee toiminnallisesti erikoistunut työnjako Osasysteemeillä on omat tavoitteensa, jotka ovat ainakin osittain samansuuntaiset Ainakin yksi osasysteemeistä toimittaa koordinointitehtävää

54 Tietojärjestelmä tietoteknisenä datajärjestelmänä
Ei sisällä ihmisiä eikä heidän tietämystään Ei sisällä muita tiedon tallenteita (mapit, kirjat) tai viestikanavia Miten integroidaan formaalinen ja holistinen osasysteemi keskenään? Yksipuolisesti formaalisen tulkinnan mukaan tehdyn systeemin käyttöönotto epäonnistuu helposti

55 Systeeminsuunnittelijoiden kesto-ongelmat
1. Käyttäjien riittämätön tietokuri: eivät noudata ohjeita eivätkä tarpeellista huolellisuutta 2. Käyttäjät eivät osaa määritellä tietotarpeitaan Siis: olisi helpompi suunnitella systeemejä, jos käyttäjät ja organisaatiot toimisivat koneen kaltaisesti

56 Samanlainen - erilainen?
Ihminen versus tietokone Teko”äly” Artificial “intelligence” Turingin testi “Asiantuntija”järjestelmä “Expert” system Rationalistinen ihmiskäsitys Rationalistinen organisaatiokäsitys

57 Sosio-tekninen suunnittelu
Esim. ETHICS-menetelmä, Enid Mumford Kaksi järjestelmää, tekninen ja sosiaalinen Ne ovat keskenään perustavanlaatuisesti erilaiset: siis ne on suunniteltava erilaisten periaatteiden mukaisesti Kaksi rinnakkaista suunnitteluketjua Formaalinen versus holistinen?

58 Synteesi Ihminen aktiivisena toimijana
holistinen tulkinta Tietojärjestelmä tehokkaana välineenä formaalinen tulkinta Miten nämä kaksi voidaan yhdistää? Millainen rajapinta ja käyttöliittymä?

59 Työkaluohjelmat Käyttäjän hallinta Toimenpiteen valinta
Toimenpiteen käynnistys Aloite käyttäjällä Toimenpiteet suoritetaan formaalisessa systeemissä Käyttäjän toiminta jäsentyy holistisen tulkinnan mukaan

60 HIS Human-scale Information System Perusyksikkönä työtehtävä
siinä tarvittavat tietovarastot siinä tarvittavat käsittelytoimenpiteet siinä tarvittavat kommunikaatioyhteydet toisiin toimijoihin ja heidän HIS-yksikköihinsä Riittävän pieni formaalisen järjestelmän perusyksikkö

61 Jackson’s Structured Design (JSD)
Yksi ensimmäisiä olioajattelun mukaisia menetelmiä Perusyksikköna entiteetti (olio) ja sen elinkaaren mallintaminen Periaatteellinen rakenneratkaisu Jokaisella olioesiintymällä on oma järjestelmä ja prosessori, esimerkkinä hissin ohjausjärjestelmä pankkitili

62 Integroinnin tarve Ei aivan käsityöksi Valvonnan tarve
automaattinen tietojenkäsittely ja sen tehokkuus Valvonnan tarve johtaminen, laatu, julkinen intressi Yhteistyön tarve rajat räätälöidyille virityksille standardisointi on hyväkin asia

63 Kolme näkökulmaa tietotekniikkaan
Systeemiteoreettinen Kone > ihminen Sosiotekninen Kone - ihminen Humanistinen Ihminen > kone

64 Lessons learned Systeemiteoriaa (formaalista) ei liian laajoihin kokonaisuuksiin Erityisen ongelmainen kun mukana on ihmisiä Systeemiteoreettista tarkastelua ei tule ottaa liian vakavasti Kuka on päättänyt ryhtyä systeemitarkasteluun ja missä tarkoituksessa? Koska tätä tarkistetaan tai koska tämä loppuu? Vaatimus systeemin hallittavuudesta ja muutettavuudesta