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

. 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.

تعاریف زیادی برای سیستم ارائه شده است که یکی از دلایل این تنوع ، دیدگاه و نوع سیستمهای مورد مطالعه توسط ارائه کننده تعریف است . در اینجا ، چند مورد از آنها ارائه می گردد:

سیستم ، مجموعه ای از اجزاء است که در یک رابطه منظم با یکدیگر فعالیت می کنند . سیستم ، مجموعه ای از اجزاء مرتبط است که در راستای دستیابی به مأموریت خاصی ، نوع و نحوه ارتباط بین آنها بوجود آمده باشد . سیستم ، مجموعه ای است از متغیرها که بوسیله یک ناظر (Observer) انتخاب شده اند . این متغیرها ممکن است اجزاء یک ماشین پیچیده ، یک ارگانیسم یا یک موسسه اجتماعی باشند .

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

        یک واقعیت (شئ مشاهده شده )

        یک برداشت (درک) از واقعیت

        یک بیان (نمایش) از برداشت صورت گرفته

اشبی ، اولی را Machine  ، دومی را System و سومی را Model می نامید .

سیستم ، بخشی از جهان واقعی است که ما انتخاب و آنرا در ذهن خود به منظور در نظر گرفتن و بحث و بررسی تغییرات مختلفی که تحت شرایط متفاوت ممکن است در آن رخ دهد ، از بقیه جهان جدا می کنیم . ( این تعریف از J.W. Gibbs است) تعریف راسل ایکاف از سیستم :

سیستم مجموعه ای از دو یا چند عنصر(element) است که سه شرط زیر را داشته باشد :

        هر عنصر سیستم بر رفتار و یا ویژگیهای کل(whole) سیستم ، موثر است .

به عنوان مثال رفتار اجزایی از بدن انسان مثل قلب و مغز و شش می توانند عملکرد و ویژگیهای بدن انسان را به عنوان یک کل تحت تاثیر قرار دهند .

        بین عناصر سیستم از نظر رفتاری و نوع تاثیر بر کل سیستم ، وابستگی متقابل وجود دارد .

یعنی نحوه رفتار هر عنصر و نیز نحوه تاثیر هر عنصر بر کل سیستم ، بستگی به چگونگی رفتار حداقل یک عنصر دیگر از سیستم دارد . به عنوان مثال در بدن انسان ، نحوه رفتار چشم بستگی به نحوه رفتار مغز دارد .

        هر زیر مجموعه ای از عناصر تشکیل شود ، بر رفتار کل سیستم موثر است و این تاثیر بستگی به حداقل یک زیر مجموعه دیگر از سیستم دارد . به عبارت دیگر اجزای یک سیستم چنان به هم مرتبط اند که هیچ زیر گروه مستقلی از آنها نمی توان تشکیل داد .

تعریف فوق ، یکی از تعاریف عمیق و دقیق سیستم است که درک آن نیاز به تعمق دارد . نتایجی که از تعریف فوق در مورد سیستم می توان گرفت :

هر سیستم ، یک کل است که نمی توان آنرا به اجزاء مستقل تقسیم نمود . هر جزء سیستم ، ویژگیهایی دارد که اگر از سیستم جدا شود ، آنها را از دست می دهد . به عنوان مثال چشم به عنوان جزئی از سیستم بدن انسان ، اگر از بدن جدا باشد ، نخواهد دید . هر سیستم ، ویژگیهایی دارد که در هیچ یک از اجزاء ، بطور مستقل وجود ندارد . به عنوان مثال ، انسان به عنوان یک سیستم می تواند بخواند و بنویسد که هیچ یک از اجزاء بدن ، به تنهایی قادر به این کار نیستند . وقتی سیستم به اجزاء مستقلی تقسیم شود ، برخی از ویژگیهای ضروری خود را از دست می دهد . اگر اجزاء یک موجودیت (entity) با یکدیگر تعامل نداشته باشند ، تشکیل یک مجموعه می دهند نه یک سیستم . به عبارت دیگر ، مشخصه مهم یک سیستم ، تعامل و ارتباط است و ویژگیهای اصلی سیستم از تعامل اجزاء بدست می آید نه از رفتار مستقل اجزاء . به عنوان مثال اگر قطعات یک خودرو را به صورت منفک در یک مکان کنار یکدیگر قرار دهیم ، تشکیل خودرو نخواهند داد .

    بازخور( Feedback )

بازخور یا پس خوراند یکی از مکانیسمهایی است که در اغلب سیستمها به گونه ای موجود است . ترموستاتها ساده ترین دستگاههای مکانیکی هستند که با مکانیسم بازخور عمل می کنند . ترموستاتها با افزایش یا کاهش دما ، اقدام به قطع یا وصل دستگاه می کنند . برخی موشکهای رها شده از هواپیما از طریق بازدریافت برخورد امواج رادار  مسیر خود را اصلاح می کنند . در سیستمهای طبیعی نیز نظام بازخور وجود دارد . موجودات زنده با دریافت نشانه های هشدار ، رفتار خود را تغییر می دهند . رابطه یک ارگانیسم زنده و محیط آن ارتباطی دوجانبه و مبتنی بر اصل بازخور است. یک ارگانیسم زنده بر روی محیط خودش تاثیر می گذارد . مکانیسم بازخور معمولا با مکانیسم کنترل همراه است . راننده ای که هدایت یک اتومبیل را برعهده دارد ، اطلاعاتی را از طریق حواس خویش از مسیر دریافت و با آن اطلاعات اتومبیل را کنترل می کند . بازخوردهایی که راننده پیوسته از محیط می گیرد ، او را در تصمیم هایش قبل از پیچاندن فرمان ، کم یا زیاد کردن سرعت و ترمز بموقع و ... یاری می دهد . 

تعریفی دیگر از بازخور : بازخور ، فرایندی است که طی آن یک سیگنال ، از زنجیره ای از روابط علی عبور کرده تا اینکه مجددا بر خودش تاثیر بگذارد . با توجه به نوع تاثیر مجدد ، دو نوع بازخور وجود دارد :

بازخور مثبت : افزایش (کاهش) یک متغیر ، نهایتا موجب افزایش (کاهش) بیشتر آن متغیر می شود .

بازخور منفی : افزایش (کاهش) در یک متغیر ، نهایتا موجب کاهش (افزایش ) آن متغیر می گردد .

مثال : یک تغییر در دمای اتاق در اثر حمله هوای سرد را در نظر بگیرید . این کاهش ممکن است منجر به فعالیت های مختلفی شود . مثلا افراد حاضر در اتاق لباس گرم بپوشند یا به اتاق گرم تر بروند یا ترموستات ، بخاری را روشن نماید . فعالیت بخاری ممکن است موجب وقوع خیلی چیزها شود . مثلا سطح سوخت مخزن بخاری پایین بیاید و موجب خرید سوخت در آینده شود . یا موجب پوسیدگی و گسستگی کوره و تعمیر آن در آینده گردد . اما هیچ یک از اینها تاثیر بازخور روی دمای اتاق ندارند . فعالیت مهم کوره از دید ما (به عنوان تحلیل گر دمای اتاق) تشعشع گرما در اتاق است که موجب افزایش دمای اتاق می گردد . یعنی یک کاهش در دمای اتاق ، نهایتا موجب  افزایش در دمای اتاق شد .

    محیط سیستم ( System Environment )

محیط سیستم را عواملی تشکیل می دهد که در خارج از سیستم قرار می گیرند . شناسایی محیط و عوامل محیطی معمولا به سادگی انجام نمی گیرد . زیرا مرز سیستم با محیط ، مرزهای ظاهری آن نیست . طبق تعریف چرچمن ، محیط ، عوامل و اشیایی را شامل می شود که در رابطه خود با سیستم موثر و غیر قابل تغییرند . او به مدیران توصیه می کند در رابطه با شناسایی عوامل محیطی دو سوال مطرح کنند : اول اینکه ، آیا عامل مورد نظر سیستم را متاثر می سازد یا خیر ؟ اگر پاسخ این سوال مثبت باشد ، سوال دوم را بدین سان مطرح می سازد : آیا سیستم قادر به تغییر آن عامل است ؟ بعبارت دیگر می تواند آن محدودیت یا مانع را از پیش پای فعالیت های خود بردارد ؟ در صورتی که پاسخ سوال دوم منفی باشد ، آن عامل ، یک عامل محیطی است .

تعریف محیط بستگی به ناظر و منظور دارد . به عنوان مثال ، یک خانه ، برای یک معمار با تمام اجزاء ، یک سیستم است . ولی برای مهندس مکانیک ، سیستم حرارتی ، یک سیستم و خانه محیط آن است . برای یک روانشناس ، سیستم حرارتی و برقی ، نامربوط هستند ( جزئی از سیستم و محیط آن ، نیستند . )

    سیستم بسته ( Closed System )

سیستمی است که محیط ندارد . به عبارت دیگر ، سیستمی است که هیچ تعاملی با هیچ عنصر خارجی ندارد .

    حالت سیستم (State of a System  )

مجموعه ویژگیهای یک سیستم را در هر لحظه از زمان ، حالت سیستم در آن لحظه گویند .

    سیستم ایستا

سیستمی است که یک حالت بیشتر ندارد . هیچ رویدادی در آن رخ نمی دهد .

    سیستم دینامیک

سیستمی است که حالت آن در طول زمان تغییر کند . در این سیستم رویداد وجود دارد . دینامیک یا استاتیک بودن یک سیستم بستگی به ناظر و منظور دارد . به عنوان مثال یک سازه فلزی ممکن است از دید ما استاتیک و از دید یک مهندس سازه ، دینامیک باشد .

    سیستم هومواستاتیک (Homeostatic System )

یک سیستم استاتیک است که عناصر و محیط آن دینامیک باشند . این نوع سیستمها در برابر تغییراتی که در محیط آنها بوجود آید و نیز در برابر اختلال هایی که از درون بر آنها وارد آید ، واکنش نشان داده و این واکنش در برابر خنثی سازی تغییر است . به عنوان مثال یک ساختمان را در نظر بگیرید که دمای درون خود را در برابر تغییر دمای محیط ثابت نگه می دارد . بدن انسان نیز که سعی می کند دمای درونی خود را در میزان مشخصی ثابت نگه دارد ، از این دیدگاه یک سیستم هومواستاتیک است .

فصل دوم

تاریخچه سیستمها

تاریخچه سیستمها

تاریخچه نظریه سیستمها را از دو دیدگاه می توان بررسی نمود. دیدگاه اول  برای بررسی روند توسعه نظریه سیستمها ترجیح می دهد به بررسی روند تحولات و رویدادهایی بپردازد که در دانشگاه های آمریکا ( و بخصوص دانشگاه MIT ) در سالهای 1940 تا 1970 رخ داد . دیدگاه دوم به بررسی روند تحول در شیوه های نگرش به جهان و متدولوژی علم در سطح جهان می پردازد . آنچه در پی می آید ، خلاصه ای از دو نگرش فوق است .

الف) تحولات دانشگاه MIT :

پس از جنگ جهانی دوم ، سه جهش در دانشگاه MIT بوجود آمد که هریک 10 سال به درازا کشید . در این جهش ها اندیشه و علم پیشرفت های بزرگی کردند و دنیا با شناخت های جدیدی از سایبرنتیک(Cybernetics)  گرفته تا حادترین مسئله روز یعنی محدودیت رشد اقتصادی آشنا شد .

در جریان بسط و نشر و حرکت و تحول افکار و آراء ، رشته  های گوناگون دانش ، از روشها و لغات و اصطلاحات یکدیگر استفاده می کنند و به این ترتیب زمینه های بکر و دست نخورده بارور می شوند .

در سالهای 1940 تا 1950 رابطه میان ماشین و ارگانیسم مورد مطالعه قرار می گیرد . در این دوران مفاهیمی همچون بازخور (Feedback) که تا آن زمان در مورد ماشین ها بکار می رفت ، در مورد ارگانیسم نیز بکار رفتند و راه پیدا شدن دو دانش جدید یعنی اتوماسیون و انفورماتیک هموار گردید .

در دهه 1940 چندین سمینار (بیش از ده مورد) برگزار شد که در آنها متخصصینی از رشته های مختلف (از مکانیک و الکترونیک تا زیست شناسی و فیزیولوژی و ریاضیات ) شرکت جستند و به تبادل اطلاعات و نظریات پرداختند . دانشمندان کم کم دریافتند که برخی مسائل فقط با همکاری متخصصان رشته های مختلف قابل حل اند . به عبارت دیگر ، بررسی و حل برخی مسائل به دیدگاهی فراتر از دیدگاه یک رشته خاص نیاز دارد .

در سال 1948 کتاب "سایبرنتیک" (علم مربوط به چگونگی ارتباطات در انسان و ماشین) توسط وینر (Norbert Wiener) منتشر شد. وینر استاد درس ریاضی در دانشگاه MIT بود که در پروژه ساخت و به کارگیری دستگاههای نشانه گیری خودکار برای توپ های ضدهوایی  با همکاری مهندس جوانی بنام جولی ین بیگلاو (Julian Biglow) شرکت جست و به دنبال آن شباهتهایی بین ناهنجاریهای رفتاری در این دستگاهها و بعضی اختلالات در بدن انسان ( که در پی آسیب دیدگی مخچه بوجود می آیند ) پیدا کردند .

بررسی های انجام شده در آن زمان نشان می داد اگر مخچه انسان آسیب ببیند ، بیمار قادر نخواهد بود حتی لیوان آب را بردارد و بنوشد . آنقدر لرزش دستهای بیمار زیاد می شود که سرانجام محتوی لیوان را به بیرون خواهد ریخت . با توجه به شباهت این اختلال با اختلال موجود در دستگاههای هدف گیری خودکار هواپیما ، نتیجه گرفتند که برای کنترل حرکاتی که جهت به انجام رساندن مقصود معینی انجام می شوند ، اولا باید اطلاعاتی در دست داشت و ثانیا این اطلاعات باید در مدار بسته ای گردش کنند . در این مدار بسته ، نتایج و آثار حرکات و فعالیت ها ارزیابی و سپس براساس تجارب گذشته ، حرکات بعدی تعیین می گردد . بدین ترتیب بازخور منفی (Negative Feedback) مطرح شد که هم در تجهیزات و هم در انسان بکار می رفت .

در سال 1948 ، کتاب "نظریه ریاضی ارتباطات" نیز توسط شانون (Shannon) منتشر شد و دو کتاب فوق مبنای سایبرنتیک و نظریه اطلاعات قرار گرفتند .

در دهه 1950 دوباره توجه از ارگانیسم به سوی ماشین منعطف می شود و مفاهیمی همچون حافظه و فراگیری در مورد ماشین هم بکار می رود و به این ترتیب مقدمات پدید آمدن دانش های نوینی همچون بیونیک (علمی که می کوشد ماشین های الکترونیکی را به تقلید از بعضی از دستگاههای موجودات زنده بوجود آورد . ) و هوش مصنوعی بوجود می آید .

در دهه 1960 در زمینه سایبرنتیک و دینامیک سیستم پیشرفت های مهمی بوجود آمد. جی فارستر (Jay Forrester) در سال 1961 به سمت استادی در مدرسه مدیریت دانشگاه MIT برگزیده شد و مبحث دینامیک صنعتی (Industrial Dynamics) را بوجود آورد . هدف او از طرح این موضوع آن بود که سازمانها و موسسات صنعتی را همانند سیستمهای سایبرنتیک بنگرد و از راه شبیه سازی (Simulation) ، نحوه کارشان را دریابد . او در سال 1964 دینامیک صنعتی را به سیستم های شهری نیز تعمیم داد و دینامیک شهری (Urban Dynamics) را مطرح نمود و بدنبال آن در سال 1971 با انتشار کتاب دینامیک جهان(World Dynamics ) ، رشته دینامیک سیستمها (System Dynamics) را بنیان نهاد .

ب ) تحولات متدولوژی علم :