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 Asta 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 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
• 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
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
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
(No Transcript)
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-boxismi valittu tarkastelutaso
• Synergiamystiikka gt 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
51
Käsitepolarisaatio

• ORGANISMI
• 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
• Tekoäly
• Artificial intelligence
• Turingin testi
• Asiantuntijajärjestelmä
• 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
Jacksons 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
• 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 gt ihminen
• Sosiotekninen
• Kone - ihminen
• Humanistinen
• Ihminen gt 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