Systeemiteoria

1. Systeemiteoria

2. TietoJÄRJESTELMÄtiede • Tietojärjestelmä • Järjestelmä • 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 • 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 erirakennetyyppeihin • 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 • 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 7 +- 2 • 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. 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 Systeemin käyttäytyminen

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

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 • 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 • 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