Tomasz Danielik

Ogólna teoria
systemu

2

Spis treści

• Podstawowe pojęcia i definicje
• O historii teorii systemów
• Kierunki w teorii systemów
• Znaczenie ogólnej teorii

systemów

• Cele ogólnej teorii systemów
• Systemy zamknięte i otwarte

3

Podstawowe pojęcia i definicje

• System – słowo to znajduje się na czele listy

najbardziej modnych i aktualnie stosowanych
haseł. Pojęcie to zadomowiło się we wszystkich
dziedzinach nauki i przeniknęło do potocznego
myślenia, do żargonu i środków masowego
przekazu.

• Myślenie w kategoriach systemu odgrywa

dominującą rolę w wielu dziedzinach – od
przedsiębiorstwa przemysłowego, zbrojeniowego
– po różne dziedziny nauki.

4

Wiele

jest

źródeł

rozwoju

systemu.

Jedno z nich to rozwój od energetyki do techniki
sterowania, dzięki której kieruje się procesami za
pośrednictwem urządzeń i która doprowadziła do
powstania

maszyn

liczących

i

automatyki.

Technika sprowadza się dziś do myślenia nie w
kategoriach

pojedynczych

maszyn,

lecz

w

kategoriach „systemów”. Kiedyś do wytworzenia
określonego urządzenia potrzebny był jeden
człowiek o danej specjalności – dziś urządzenia
montowane są przy użyciu różnych technik.

5

Konieczne stało się więc „podejście systemowe”.
Obiera się pewien cel; do znalezienia sposobów i
środków jego realizacji potrzebni są specjaliści (lub
zespoły), by rozpatrzyć alternatywne rozwiązania i
wybrać takie, które rokują optymalizację przy
maksymalnej wydajności i minimalnym koszcie w
niezwykle

skomplikowanej

sieci

wzajemnych

interakcji.

6

Tak czy inaczej, we wszystkich dziedzinach

życia i wiedzy jesteśmy zmuszeni zajmować się
złożonymi

układami

„całościami”

czy

„systemami”. Pociąga to za sobą zasadniczą
zmianę nastawienia w myśleniu naukowym.

W najprostszym ujęciu definicja systemów

rozumiana

jest

jako

„zbiór

elementów

pozostających we wzajemnych relacjach”.

7

Przedmiotem badań dyscypliny naukowej,

jako ogólnej teorii systemów, jest formułowanie
zasad

obowiązujących

w

odniesieniu

do

„systemów” w ogóle, oraz zachodzących między
nimi relacji, czyli działających w nich sił.

Ogólna teoria systemów jest zatem nauką

ogólną o „całościowości”. W rozwiniętej formie
byłaby to dyscyplina logiczno – matematyczna –
sama w sobie często formalna, ale nadająca się
do stosowania w różnych naukach empirycznych.

8

O historii teorii systemów

Prekursorami koncepcji systemów godnymi

odnotowania są:

- Leibnitz – ze swoją „filozofią przyrody”
- Vico z wizją historii jako ciągu zjawisk kulturowych

czy „systemów”

- oraz dialektyka Marksa i Hegla.

9

Tematowi ogólnej teorii systemów najbliższy

był Lotka (1925), który pojmował społeczność
jako system, natomiast pojedynczy organizm
uważał za sumę komórek.

Na uwagę zasługuje fakt, że pierwsze

propozycje teorii systemów przyjmowano z
niedowierzaniem jako fantastyczne lub zbyt
odważne. Argumentowano, że albo jest to teoria
zbyt uproszczona, ponieważ tzw. izomorfizmy to
tylko przykłady truizmu – przekonania, że
matematyka ma zastosowanie do wszystkiego, a
więc nie ma większego znaczenia niż „odkrycie”,
iż reguła 2+2=4 – obowiązuje w odniesieniu do
jabłek, do dolarów i do galaktyk.

10

Stopniowo zaczęto zdawać sobie sprawę z

tego, że zastrzeżenia dotyczące teorii systemów
były nietrafne i przyjmować stwierdzenie, iż
celem jej jest próba naukowej interpretacji i
sformułowania teorii tam, gdzie dotychczas
jej brakowało, oraz dojście do uogólnień
wyższego rzędu, niż te, jakie istnieją w
naukach szczegółowych.

11

Kierunki w teorii systemów

Różne „podejścia” do teorii systemów

Klasyczna

teoria

systemów

posługuje

się

klasyczną

matematyką,

czyli

rachunkiem

różniczkowym i całkowym. Jej celem jest ustalenie

zasad odnoszących się do systemów w ogóle, lub do

ich określonych podklas, opracowanie metod badań i

opisu

oraz

stosowanie

ich

w

konkretnych

przypadkach.
Dzięki ogólności takiego opisu można powiedzieć, że

pewne formalne właściwości będą odnosić się do

każdej całości jako systemu, nawet jeśli jego części

nie są znane, lub są niezbadane – np. ogólne zasady

kinetyki, mające zastosowanie do istot biologicznych,

równanie dyfuzji w chemii fizycznej i w rozchodzeniu

się plotki, itd.

12

Komputeryzacja

i

symulacja

–

układy

jednoczesnych

równań

różniczkowych

jako

sposób „modelowania” lub definiowania systemu.
Np. B. Hess wyliczył

czternastostopniową reakcję

łańcuchową glikolizy w

komórce na modelu

złożonym

z

równań

różniczkowych.

Teoria przedziałów – głosi ona, że system składa
się z podjednostek, podlegających określonym
warunkom brzegowym. Między tymi jednostkami
zachodzą procesy wzajemnych przekazów.

13

Teoria mnogości – ogólne, formalne właściwości

systemów

zamkniętych

i

otwartych.

Teoria grafów – ta teoria, a zwłaszcza grafów
skierowanych, wypracowuje struktury relacyjne

przez ich przedstawianie w przestrzeni

topologicznej.

Znalazła

zastosowanie

w

relacyjnych

aspektach

biologii.

Teoria sieci – wiąże się z teoriami mnogości,
grafów i

przedziałów. Stosuje się do takich

systemów, jak

sieć nerwów.

14

Cybernetyka – to teoria systemów sterowania,
oparta na

komunikacji (przekazie informacji)

między systemem

a otoczeniem oraz wewnątrz

systemu, a także na

sterowaniu (sprzężeniu

zwrotnym) funkcji systemu

względem otoczenia.

Np. ten sam schemat

cybernetyczny można

zastosować do systemów

hydraulicznych i

fizjologicznych.

Teoria automatów – jest to teoria automatów
abstrakcyjnych,

z

wyjściami

i

wejściami,

możliwością

stosowania metody prób i błędów

oraz uczenia się. Modelem ogólnym jest tzw.
maszyna Turinga (1936). Za pomocą tej maszyny
można symulować

każdy proces o dowolnej

złożoności, jeżeli tylko

proces ten da się

przedstawić za pomocą

skończonej liczby

operacji logicznych.

15

Teoria gier – zajmuje się zachowaniem

graczy

postępujących z założenia „racjonalnie”,

zainteresowanych w uzyskaniu maksymalnych
zysków i minimalnych strat, za pomocą właściwych

strategii.

Teoria podejmowania decyzji – to teoria
matematyczna

zajmująca się wyborami spośród

wielu

możliwości.

Model werbalny – model formułowany w zwykłym
języku

jest raczej „ideą przewodnią” niż konstrukcją
matematyczną (przykłady: psychoanaliza).

16

Porządek

hierarchiczny

–

jest

teorią

przedstawiającą m.in. wszechświat jako ogromną
hierarchię, od

cząsteczek elementarnych, jąder

atomów,

atomów,

cząsteczek,

związków

wielocząstkowych do

komórek, organizmów.

Zasady porządku hierarchicznego można wyrazić w
języku

werbalnym, oraz formułowania w języku

logiki matematycznej.

17

Znaczenie ogólnej

teorii

systemów

Współczesną naukę charakteryzuje stale rosnąca

specjalizacja. Nauka jest więc rozbita na niezliczone

dyscypliny, z których wyłaniają się subdyscypliny, co

z kolei utrudnia wymianę słów między tymi

dziedzinami. W związku z tym pojawiła się w wielu

naukach tendencja do tworzenia uogólnionych teorii,

np. skomplikowana teoria dynamiki w biologicznych

populacjach

Istnieją zatem modele, zasady i prawa, które stosuje

się do systemów uogólnionych, niezależnie od ich

rodzaju, charakteru elementów, oraz od relacji między

nimi. Taką możliwość stwarza właśnie „ogólna teoria

systemów”.

18

Jedną z właściwości systemu ogólnego jest

występowanie w różnych dziedzinach podobieństw
strukturalnych,

czyli

izomorfizmów.

Między

zasadami , które rządzą bytami z natury bardzo
różnymi istnieją podobieństwa. Np. pewne układy
równań opisują rywalizację między osobnikami
zwierzęcymi i roślinnymi w przyrodzie – te same
równania można stosować do pewnych dziedzin
chemii fizycznej, jak również w ekonomii.
Ta zbieżność wynika z faktu, że brane pod uwagę
byty pod pewnymi względami możemy traktować
jak

„systemy”,

czyli

kompleksy

elementów

pozostających

w

interakcji.

19

Wydaje się zatem, że ogólna teoria systemów

stała się pożytecznym narzędziem dostarczającym
modeli, którymi można posługiwać się w różnych
dziedzinach i przenosić je z dziedziny do dziedziny.

20

Cele ogólnej teorii systemów

1.

Występowanie ogólnej tendencji do integracji różnych

nauk: przyrodniczych i społecznych.

2.

Integracja ta skupia się w ogólnej teorii systemów.

3.

Teoria taka może stać się ważnym narzędziem, służącym

do wypracowania dokładnej teorii w niefizycznych

dziedzinach nauki.

4.

Odkrywając jednoczące zasady, przenikające w „pionie”

świat poszczególnych nauk, teoria ta przybliży nas do

celu, jakim jest jedność nauki.

5.

Doprowadzenie do pożądanej integracji w edukacji

naukowej

.

21

Systemy zamknięte i otwarte

Systemami zamkniętymi nazywa się systemy, o

których sądzi się, że są odizolowane od swojego

środowiska. Przykład: chemia fizyczna mówi o

reakcjach, o ich tempie i wadze chemicznej, jaka

ustala się w naczyniu zamkniętym, gdzie znajduje

się kilka substancji reagujących. W tym systemie

występuje tendencja do maksymalnego nieładu.

System otwarty – jest to system, który

utrzymuje się w stanie ciągłego dopływu i

odpływu, budując i niszcząc swoje składniki – póki

żyje, nigdy nie znajduje się w stanie równowagi

chemicznej i termodynamicznej, ale zachowuje

tzw. stan stabilności. Przykładem systemu

otwartego jest każdy żywy organizm

.

22

Wnioski

wypływające

z

teorii

systemów

otwartych:

-

zasada ekwifinalności; w każdym systemie

zamkniętym stan końcowy jest jednoznacznie
zdeterminowany przez warunki końcowe; np. w
czasie równowagi chemicznej końcowe stężenie
zależy od stężeń początkowych. Jeżeli zmianie ulegną
warunki wyjściowe, to stan końcowy również będzie
inny.
W systemach otwartych jest zupełnie inaczej, a
mianowicie do tego samego stanu końcowego można
dotrzeć wychodząc od innych warunków wyjściowych
i

różnymi

drogami.

23

O ważności teorii systemów otwartych, na
zakończenie, można powiedzieć, iż w uogólnionej
wersji może mieć zastosowanie do poziomów
niefizycznych, np. w psychologii, gdzie „systemy
neurologiczne” uważano za „otwarte systemy
dynamiczne”.

Dziękuję