بررسی تحلیل سیستم ها و طبقه بندی انواع آن- در 75 صفحه-docx

دسته بندي : فنی و مهندسی » کامپیوتر و IT


. هر روز با "سیستمهای گوناگون حمل و نقل" روبرو هستیم. گاه از سیستمهای داخلی بدن خود ، مانند سیستم گوارش رنج می بریم. مهمترین دستگاه بدن ما ، یعنی دستگاه مغز و سیستم مرکزی اعصاب ، سیستم حیاتی و اسرار آمیزی است.
در نظر اول همه این سیستمهایی که برشمردیم ، بسیار متفاوت با یکدیگر جلوه می کنند. پس چرا ما همه آنها را با نام "سیستم" می خوانیم؟ سببش این است که همه آنها از یک لحاظ با یکدیگر شباهت دارند. البته همه آنها دستگاههایی هستند که از قسمت های گوناگون تشکیل شده اند اما همه این قسمتها به یکدیگر وابسته اند و با هم روابط متقابل دارند.

با این همه ، کلمه "سیستم" خالی از ابهام نیست. زیرا با آنکه ما معنی آنرا می دانیم (یا خیال می کنیم که می دانیم) ، بسیار دشوار است که بتاونیم تعریف روشن و دقیقی از آن به دست دهیم. به همین دلیل ، پیش از آنکه کلمه "سیستم" را تعریف کنیم ، بهتر است که اندکی بیشتر درباره موارد استعمال آن سخن بگوییم.

به هر جا که نظر افکنیم ، در دورادور خود سیستمهای گوناگونی را می بینیم: سیستمهای بسیار بزرگی چون "منظومه شمسی" – که تازه خود چون ذره کوچک و بی مقداری از "سیستم کهکشان" است ، و خود کهکشان نیز یکی از سیستمهای کهکشانهای بی شمار کیهانی است که دیدن آنها امکان پذیر می باشد- و سیستمهای بسیار کوچکی مانند "سیستمهای سلولی" در قلمرو بیولوژی و "سیستمهای اتمی" در قلمرو فیزیک. از اینها گذشته ، سیستمهای دیگری نیز وجود دارند مانند : "سیستمهای مکانیکی" مثل موتورها ومولدهای برق ، "سیستمهای بیولوژیکی" مانند انسان و حیوانات و نباتات ، و "سیستمهای اجتماعی" مانند کارخانه ها و احزاب سیاسی و خانواده. هنگامی که یک سیستم مکانیکی با یک سیستم بیولوژیکی با هم جمع آیند – مانند هنگامی که انسانی اتومبیل یا هواپیمایی را براند - با نوع دیگری از سیستمها روبرو می شویم که نامشان "سیستمهای انسان به علاوه ماشین" است. همچنین مشاهده می کنیم که "سیستمهای طبیعی" ای نیز وجود دارند که بدون دخالت انسان کار می کنند ، مانند "جنگلها" و "رودخانه ها" که هر یک از آنها "سیستم طبیعی" مستقل و خاصی است.

تعاريف زيادي براي سيستم ارائه شده است که يکي از دلايل اين تنوع ، ديدگاه و نوع سيستمهاي مورد مطالعه توسط ارائه کننده تعريف است . در اینجا ، چند مورد از آنها ارائه می گردد:

سيستم ، مجموعه اي از اجزاء است که در يک رابطه منظم با يکديگر فعاليت مي کنند .
سيستم ، مجموعه اي از اجزاء مرتبط است که در راستاي دستيابي به مأموريت خاصي ، نوع و نحوه ارتباط بين آنها بوجود آمده باشد .
سيستم ، مجموعه اي است از متغيرها که بوسيله يک ناظر (Observer) انتخاب شده اند . اين متغيرها ممکن است اجزاء يک ماشين پيچيده ، يک ارگانيسم يا يک موسسه اجتماعي باشند .

طبق تعريف فوق که توسط اشبي در سال 1960 ارائه شده ، سه موضوع متفاوت وجود دارد :

 يک واقعيت (شئ مشاهده شده )

 يک برداشت (درک) از واقعيت

 يک بيان (نمايش) از برداشت صورت گرفته

اشبي ، اولي را Machine ، دومي را System و سومي را Model مي ناميد .

سيستم ، بخشي از جهان واقعي است که ما انتخاب و آنرا در ذهن خود به منظور در نظر گرفتن و بحث و بررسي تغييرات مختلفي که تحت شرايط متفاوت ممکن است در آن رخ دهد ، از بقيه جهان جدا مي کنيم . ( اين تعريف از J.W. Gibbs است)
تعريف راسل ايکاف از سيستم :

سيستم مجموعه اي از دو يا چند عنصر(element) است که سه شرط زير را داشته باشد :

 هر عنصر سيستم بر رفتار و يا ويژگيهاي کل(whole) سيستم ، موثر است .

به عنوان مثال رفتار اجزايي از بدن انسان مثل قلب و مغز و شش مي توانند عملکرد و ويژگيهاي بدن انسان را به عنوان يک کل تحت تاثير قرار دهند .

 بين عناصر سيستم از نظر رفتاري و نوع تاثير بر کل سيستم ، وابستگي متقابل وجود دارد .

يعني نحوه رفتار هر عنصر و نيز نحوه تاثير هر عنصر بر کل سيستم ، بستگي به چگونگي رفتار حداقل يک عنصر ديگر از سيستم دارد . به عنوان مثال در بدن انسان ، نحوه رفتار چشم بستگي به نحوه رفتار مغز دارد .

 هر زير مجموعه اي از عناصر تشکيل شود ، بر رفتار کل سيستم موثر است و اين تاثير بستگي به حداقل يک زير مجموعه ديگر از سيستم دارد . به عبارت ديگر اجزاي يک سيستم چنان به هم مرتبط اند که هيچ زير گروه مستقلي از آنها نمي توان تشکيل داد .

تعريف فوق ، يکي از تعاريف عميق و دقيق سيستم است که درک آن نياز به تعمق دارد . نتايجي که از تعريف فوق در مورد سيستم مي توان گرفت :

هر سيستم ، يک کل است که نمي توان آنرا به اجزاء مستقل تقسيم نمود .
هر جزء سيستم ، ويژگيهايي دارد که اگر از سيستم جدا شود ، آنها را از دست مي دهد . به عنوان مثال چشم به عنوان جزئي از سيستم بدن انسان ، اگر از بدن جدا باشد ، نخواهد ديد .
هر سيستم ، ويژگيهايي دارد که در هيچ يک از اجزاء ، بطور مستقل وجود ندارد . به عنوان مثال ، انسان به عنوان يک سيستم مي تواند بخواند و بنويسد که هيچ يک از اجزاء بدن ، به تنهايي قادر به اين کار نيستند .
وقتي سيستم به اجزاء مستقلي تقسيم شود ، برخي از ويژگيهاي ضروري خود را از دست مي دهد .
اگر اجزاء يک موجوديت (entity) با يکديگر تعامل نداشته باشند ، تشکيل يک مجموعه مي دهند نه يک سيستم . به عبارت ديگر ، مشخصه مهم يک سيستم ، تعامل و ارتباط است و ويژگيهاي اصلي سيستم از تعامل اجزاء بدست مي آيد نه از رفتار مستقل اجزاء . به عنوان مثال اگر قطعات يک خودرو را به صورت منفک در يک مکان کنار يکديگر قرار دهيم ، تشکيل خودرو نخواهند داد .

 بازخور( Feedback )

بازخور يا پس خوراند يکي از مکانيسمهايي است که در اغلب سيستمها به گونه اي موجود است . ترموستاتها ساده ترين دستگاههاي مکانيکي هستند که با مکانيسم بازخور عمل مي کنند . ترموستاتها با افزايش يا کاهش دما ، اقدام به قطع يا وصل دستگاه مي کنند . برخي موشکهاي رها شده از هواپيما از طريق بازدريافت برخورد امواج رادار مسير خود را اصلاح مي کنند . در سيستمهاي طبيعي نيز نظام بازخور وجود دارد . موجودات زنده با دريافت نشانه هاي هشدار ، رفتار خود را تغيير مي دهند . رابطه يک ارگانيسم زنده و محيط آن ارتباطي دوجانبه و مبتني بر اصل بازخور است. يک ارگانيسم زنده بر روي محيط خودش تاثير مي گذارد . مکانيسم بازخور معمولا با مکانيسم کنترل همراه است . راننده اي که هدايت يک اتومبيل را برعهده دارد ، اطلاعاتي را از طريق حواس خويش از مسير دريافت و با آن اطلاعات اتومبيل را کنترل مي کند . بازخوردهايي که راننده پيوسته از محيط مي گيرد ، او را در تصميم هايش قبل از پيچاندن فرمان ، کم يا زياد کردن سرعت و ترمز بموقع و ... ياري مي دهد .

تعريفي ديگر از بازخور : بازخور ، فرايندي است که طي آن يک سيگنال ، از زنجيره اي از روابط علي عبور کرده تا اينکه مجددا بر خودش تاثير بگذارد . با توجه به نوع تاثير مجدد ، دو نوع بازخور وجود دارد :

بازخور مثبت : افزايش (کاهش) يک متغير ، نهايتا موجب افزايش (کاهش) بيشتر آن متغير مي شود .

بازخور منفي : افزايش (کاهش) در يک متغير ، نهايتا موجب کاهش (افزايش ) آن متغير مي گردد .

مثال : يک تغيير در دماي اتاق در اثر حمله هواي سرد را در نظر بگيريد . اين کاهش ممکن است منجر به فعاليت هاي مختلفي شود . مثلا افراد حاضر در اتاق لباس گرم بپوشند يا به اتاق گرم تر بروند يا ترموستات ، بخاري را روشن نمايد . فعاليت بخاري ممکن است موجب وقوع خيلي چيزها شود . مثلا سطح سوخت مخزن بخاري پايين بيايد و موجب خريد سوخت در آينده شود . يا موجب پوسيدگي و گسستگي کوره و تعمير آن در آينده گردد . اما هيچ يک از اينها تاثير بازخور روي دماي اتاق ندارند . فعاليت مهم کوره از ديد ما (به عنوان تحليل گر دماي اتاق) تشعشع گرما در اتاق است که موجب افزايش دماي اتاق مي گردد . يعني يک کاهش در دماي اتاق ، نهايتا موجب افزايش در دماي اتاق شد .

 محيط سيستم ( System Environment )

محيط سيستم را عواملي تشکيل مي دهد که در خارج از سيستم قرار مي گيرند . شناسايي محيط و عوامل محيطي معمولا به سادگي انجام نمي گيرد . زيرا مرز سيستم با محيط ، مرزهاي ظاهري آن نيست . طبق تعريف چرچمن ، محيط ، عوامل و اشيايي را شامل مي شود که در رابطه خود با سيستم موثر و غير قابل تغييرند . او به مديران توصيه مي کند در رابطه با شناسايي عوامل محيطي دو سوال مطرح کنند : اول اينکه ، آيا عامل مورد نظر سيستم را متاثر مي سازد يا خير ؟ اگر پاسخ اين سوال مثبت باشد ، سوال دوم را بدين سان مطرح مي سازد : آيا سيستم قادر به تغيير آن عامل است ؟ بعبارت ديگر مي تواند آن محدوديت يا مانع را از پيش پاي فعاليت هاي خود بردارد ؟ در صورتي که پاسخ سوال دوم منفي باشد ، آن عامل ، يک عامل محيطي است .

تعريف محيط بستگي به ناظر و منظور دارد . به عنوان مثال ، يک خانه ، براي يک معمار با تمام اجزاء ، يک سيستم است . ولي براي مهندس مکانيک ، سيستم حرارتي ، يک سيستم و خانه محيط آن است . براي يک روانشناس ، سيستم حرارتي و برقي ، نامربوط هستند ( جزئي از سيستم و محيط آن ، نيستند . )

 سيستم بسته ( Closed System )

سيستمي است که محيط ندارد . به عبارت ديگر ، سيستمي است که هيچ تعاملي با هيچ عنصر خارجي ندارد .

 حالت سيستم (State of a System )

مجموعه ويژگيهاي يک سيستم را در هر لحظه از زمان ، حالت سيستم در آن لحظه گويند .

 سيستم ايستا

سيستمي است که يک حالت بيشتر ندارد . هيچ رويدادي در آن رخ نمي دهد .

 سيستم ديناميک

سيستمي است که حالت آن در طول زمان تغيير کند . در اين سيستم رويداد وجود دارد . ديناميک يا استاتيک بودن يک سيستم بستگي به ناظر و منظور دارد . به عنوان مثال يک سازه فلزي ممکن است از ديد ما استاتيک و از ديد يک مهندس سازه ، ديناميک باشد .

 سيستم هومواستاتيک (Homeostatic System )

يک سيستم استاتيک است که عناصر و محيط آن ديناميک باشند . اين نوع سيستمها در برابر تغييراتي که در محيط آنها بوجود آيد و نيز در برابر اختلال هايي که از درون بر آنها وارد آيد ، واکنش نشان داده و اين واکنش در برابر خنثي سازي تغيير است . به عنوان مثال يک ساختمان را در نظر بگيريد که دماي درون خود را در برابر تغيير دماي محيط ثابت نگه مي دارد . بدن انسان نيز که سعي مي کند دماي دروني خود را در ميزان مشخصي ثابت نگه دارد ، از اين ديدگاه يک سيستم هومواستاتيک است .

فصل دوم

تاریخچه سیستمها

تاريخچه نظريه سيستمها را از دو ديدگاه مي توان بررسي نمود. ديدگاه اول براي بررسي روند توسعه نظريه سيستمها ترجيح مي دهد به بررسي روند تحولات و رويدادهايي بپردازد که در دانشگاه هاي آمريکا ( و بخصوص دانشگاه MIT ) در سالهاي 1940 تا 1970 رخ داد . ديدگاه دوم به بررسي روند تحول در شيوه هاي نگرش به جهان و متدولوژي علم در سطح جهان مي پردازد . آنچه در پي مي آيد ، خلاصه اي از دو نگرش فوق است .

الف) تحولات دانشگاه MIT :

پس از جنگ جهاني دوم ، سه جهش در دانشگاه MIT بوجود آمد که هريک 10 سال به درازا کشيد . در اين جهش ها انديشه و علم پيشرفت هاي بزرگي کردند و دنيا با شناخت هاي جديدي از سايبرنتيک(Cybernetics) گرفته تا حادترين مسئله روز يعني محدوديت رشد اقتصادي آشنا شد .

در جريان بسط و نشر و حرکت و تحول افکار و آراء ، رشته هاي گوناگون دانش ، از روشها و لغات و اصطلاحات يکديگر استفاده مي کنند و به اين ترتيب زمينه هاي بکر و دست نخورده بارور مي شوند .

در سالهاي 1940 تا 1950 رابطه ميان ماشين و ارگانيسم مورد مطالعه قرار مي گيرد . در اين دوران مفاهيمي همچون بازخور (Feedback) که تا آن زمان در مورد ماشين ها بکار مي رفت ، در مورد ارگانيسم نيز بکار رفتند و راه پيدا شدن دو دانش جديد يعني اتوماسيون و انفورماتيک هموار گرديد .

در دهه 1940 چندين سمينار (بيش از ده مورد) برگزار شد که در آنها متخصصيني از رشته هاي مختلف (از مکانيک و الکترونيک تا زيست شناسي و فيزيولوژي و رياضيات ) شرکت جستند و به تبادل اطلاعات و نظريات پرداختند . دانشمندان کم کم دريافتند که برخي مسائل فقط با همکاري متخصصان رشته هاي مختلف قابل حل اند . به عبارت ديگر ، بررسي و حل برخي مسائل به ديدگاهي فراتر از ديدگاه يک رشته خاص نياز دارد .

در سال 1948 کتاب "سايبرنتيک" (علم مربوط به چگونگي ارتباطات در انسان و ماشين) توسط وينر (Norbert Wiener) منتشر شد. وينر استاد درس رياضي در دانشگاه MIT بود که در پروژه ساخت و به کارگيري دستگاههاي نشانه گيري خودکار براي توپ هاي ضدهوايي با همکاري مهندس جواني بنام جولي ين بيگلاو (Julian Biglow) شرکت جست و به دنبال آن شباهتهايي بين ناهنجاريهاي رفتاري در اين دستگاهها و بعضي اختلالات در بدن انسان ( که در پي آسيب ديدگي مخچه بوجود مي آيند ) پيدا کردند .

بررسي هاي انجام شده در آن زمان نشان مي داد اگر مخچه انسان آسيب ببيند ، بيمار قادر نخواهد بود حتي ليوان آب را بردارد و بنوشد . آنقدر لرزش دستهاي بيمار زياد مي شود که سرانجام محتوي ليوان را به بيرون خواهد ريخت . با توجه به شباهت اين اختلال با اختلال موجود در دستگاههاي هدف گيري خودکار هواپيما ، نتيجه گرفتند که براي کنترل حرکاتي که جهت به انجام رساندن مقصود معيني انجام مي شوند ، اولا بايد اطلاعاتي در دست داشت و ثانيا اين اطلاعات بايد در مدار بسته اي گردش کنند . در اين مدار بسته ، نتايج و آثار حرکات و فعاليت ها ارزيابي و سپس براساس تجارب گذشته ، حرکات بعدي تعيين مي گردد . بدين ترتيب بازخور منفي (Negative Feedback) مطرح شد که هم در تجهيزات و هم در انسان بکار مي رفت .

در سال 1948 ، کتاب "نظريه رياضي ارتباطات" نيز توسط شانون (Shannon) منتشر شد و دو کتاب فوق مبناي سايبرنتيک و نظريه اطلاعات قرار گرفتند .

در دهه 1950 دوباره توجه از ارگانيسم به سوي ماشين منعطف مي شود و مفاهيمي همچون حافظه و فراگيري در مورد ماشين هم بکار مي رود و به اين ترتيب مقدمات پديد آمدن دانش هاي نويني همچون بيونيک (علمي که مي کوشد ماشين هاي الکترونيکي را به تقليد از بعضي از دستگاههاي موجودات زنده بوجود آورد . ) و هوش مصنوعي بوجود مي آيد .

در دهه 1960 در زمينه سايبرنتيک و ديناميک سيستم پيشرفت هاي مهمي بوجود آمد. جي فارستر (Jay Forrester) در سال 1961 به سمت استادي در مدرسه مديريت دانشگاه MIT برگزيده شد و مبحث ديناميک صنعتي (Industrial Dynamics) را بوجود آورد . هدف او از طرح اين موضوع آن بود که سازمانها و موسسات صنعتي را همانند سيستمهاي سايبرنتيک بنگرد و از راه شبيه سازي (Simulation) ، نحوه کارشان را دريابد . او در سال 1964 ديناميک صنعتي را به سيستم هاي شهري نيز تعميم داد و ديناميک شهري (Urban Dynamics) را مطرح نمود و بدنبال آن در سال 1971 با انتشار کتاب ديناميک جهان(World Dynamics ) ، رشته ديناميک سيستمها (System Dynamics) را بنيان نهاد .

ب ) تحولات متدولوژي علم :