Bài 1 Phân tích hệ thống môi trường và phương pháp luận hệ thống

Bài 1 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN HỆ THỐNG. 1. Khái niệm về phân tích hệ thống môi trường (environmental system analysis = esa) 2. Phân biệt cách tiếp cận phân tích cổ điển và cách tiếp cận phân tích hệ thống 3. Phân loại các hệ thống 4. Cơ sở phương pháp luận của tiếp cận hệ thống: điều khiển học (cybernetics) và khoa học hệ thống (system science) 5. Khái niệm hệ thống và các khái niệm cơ bản liên quan 6. Bốn thành phần của phương pháp luận hệ thống: Phân tích, Tư duy, Tiếp cận và công nghệ hệ thống MỤC TIÊU HỌC TẬP BÀI 1 1. KHÁI NIỆM VỀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG (ENVIRONMENTAL SYSTEM ANALYSIS = ESA) 1.1) Lĩnh vực nghiên cứu của phân tích hệ thống môi trường Đánh giá hệ quả đối với môi trường “tự nhiên” của các thành phần sản xuất kỹ thuật, thành phần xã hội. Do về mặt số lượng cũng như mức độ độc hại, ESA hiện nay liên quan đến phát triển, sử dụng và đánh giá các phương pháp và công cụ cho việc đánh giá môi trường của các hệ thống kỹ thuật. Nghiên cứu vai trò của các phương pháp này trong việc ra quyết định , quản lý và giao tiếp . Nghiên cứu các mối quan hệ giữa các công cụ khác nhau (sự khác biệt, tương tự, các bộ dữ kiện chia xẻ, luồng thông tin giữa các công cụ..) . Trong các phương pháp được nghiên cứu là Đánh giá chu trình sống (LCA) và các công cụ liên quan, các chỉ số bền vững, đánh giá công nghệ môi trường và đánh giá môi trường của tổ chức. Hình 1.1 : Phạm vi quan tâm của phân tích hệ thống môi trường (hệ kỹ thuật – hệ xã hội và hệ tự nhiên) (nguồn: tư liệu internet). Hình 1.2: Vai trò của các công cụ phân tích hệ thống môi trường 1.2) Vì sao phải ứng dụng cách tiếp cận phân tích hệ thống trong ngành môi trường Vấn đề môi trường ngày nay phát sinh chủ yếu do các họat động sản xuất kinh tế kỹ thuật thông qua các hệ thống sản xuất và sự phát triển hệ thống xã hội làm phát sinh chất thải. Vì vậy, vấn đề môi trường không còn hạn chế trong hệ sinh thái tự nhiên mà liên quan đến hệ thống phức hợp: kỹ thuật – xã hội – tự nhiên, đòi hỏi các giải pháp liên ngành. Vì thế muốn nhận thức và giải quyết có hiệu quả vấn đề môi trường bắt buộc phải tiếp cận bằng phương pháp luận hệ thống. các hệ thống phức hợp: •Đánh giá tác động môi trường của một dự án trong các ngành công nghiệp, các quá trình sản xuất, các rủi ro môi trường có thể phát sing trong một khu vực, một nhà máy. . .các đối tượng nghiên cứu này là các hệ thống kỹ thuật phức hợp. Không tiếp cận theo quan điểm hệ thống thì rất khó nhận thức và thực hiện việc đánh giá tác động môi trường. •Thiết kế các tiến trình xử lý ô nhiễm (nước, không khí, chất thải rắn…) bao gồm nhiều công đoạn không thuần nhất như lý (nghiền, đốt. ..), hóa (hòa tan, khử. . .), sinh (sử dụng vi sinh), xây các hệ thống xử lý nước thải. .. •Xây dựng các hệ thống quản lý môi trường trong một doanh nghiệp, nằm trong hệ thống quản lý doanh nghiệp. 1.2) Vì sao phải ứng dụng cách tiếp cận phân tích hệ thống trong ngành môi trường [2] Các hệ thống phức hợp: •Quản lý môi trường vùng, tỉnh thành, quận huyện, là các hệ sinh thái đô thị phức tạp, nhiều thành phần không thuần nhất. •Quản lý các khu bảo tồn thiên nhiên, các khu du lịch sinh thái là các hệ sinh thái phức hợp, không thuần nhất. •Xây dựng các hệ thống thông tin quản lý môi trường bằng hệ thống thông tin địa lý hoặc các hệ thống thông tin quản lý. •Với các hệ thống phức hợp nói trên, không thể tiếp cận bằng phương pháp phân tích truyền thống, người cán bộ môi trường bắt buột phải sử dụng phương pháp tiếp cận phân tích hệ thống. 1.2) Vì sao phải ứng dụng cách tiếp cận phân tích hệ thống trong ngành môi trường [3] 2. PHÂN BIỆT CÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH CỔ ĐIỂN VÀ CÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 2. PHÂN BIỆT CÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH CỔ ĐIỂN VÀ CÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 2.1) Các tiếp cận phân tích cổ điển (analytic approach) Chia nhỏ một hệ thống thành các phần tử cơ bản Nghiên cứu chi tiết và nhận biết các kiểu tương tác hiện hữu giữa các phần tử. Thay đổi một biến số trong một thời gian, dự báo tính chất của hệ thống dưới những điều kiện khác nhau. Áp dụng các quy luật cộng tính chất của các phần tử cơ bản. Hệ thống thuần nhất, chúng bao gồm các phần tử giống nhau và sự tương tác giữa chúng với nhau yếu. Các quy luật thống kê được áp dụng Trong các lĩnh vực vật lý, hóa học như các nghiên cứu về cơ học, cấu tạo các nguyên tố, phân tử, dung dịch. . 2.2) Cách tiếp cận phân tích hệ thống Các quy luật cộng các tính chất cơ bản không áp dụng được cho các hệ thống phức hợp cao, bao gồm một số lượng lớn các phần tử đa dạng, nhiều kiểu, liên hệ với nhau bởi sự tương tác mạnh mẽ. Xem xét hệ thống trong tổng thể và động thái riêng của hệ thống. Thông qua mô phỏng, người ta có thể tái hiện hệ thống và quan sát trong thời gian thực các tác động của các loại tương tác giữa các phần tử của nó. Sự nghiên cứu tập tính này theo thời gian để xác định các quy luật có thể điều chỉnh hệ thống đó hay hệ thống thiết kế các hệ thống khác. Tích hợp theo thời gian và sự không thể lập lại. Duy trì sự độc lập các phần tử trong suốt thời gian; Hiện tượng được quan sát có thể lập lại. Thay đổi đồng thời nhiều nhóm biến số Thay đổi một biến số theo thời gian Nhấn mạnh tầm nhìn tổng thểNhấn mạnh sự chính xác của các chi tiết NC tác động của sự tương tác Nghiên cứu tính chất của sự tương tác Hợp nhất phần tử và tập trung vào sự tương tác giữa các phần tử Phân lập Ht thành phần tử và tập trung nghiên cứu phần tử Cách tiếp cận phân tích hệ thống - Systemic Approach Cách tiếp cận phân tích truyền thống - Analytic Approach Chiếm lĩnh kiến thức theo các mục đích, các chi tiết mơ nhạt (fuzzy details) Chiếm lĩnh kiến thức chi tiết nhưng tính mục đích thấp Dẫn đến hành động theo mục đíchDẫn đến hành động được sắp xếp theo chi tiết Dẫn đến sự giáo dục liên ngànhDẫn đến sự giáo dục chuyên sâu theo ngành Có một cách tiếp cận hiệu quả khi các tương tác là phi tuyến tính và mạnh. Có một cách tiếp cận hiệu quả khi các tương tác là tuyến tính và yếu. Sử dụng các mô hình chưa đủ độ chính xác để làm cơ sở tri thức nhưng rất hữu dụng cho các quyết định và hành động. Sử dụng sự chính xác và các mô hình chi tiết kém hữu dụng trong điều hành thực tế (ví dụ, các mô hình kinh tế) Các luận cứ thông qua sự so sánh tập tính của mô hình với hiện thực. Luận cứ dựa trên các phương pháp chứng minh thí nghiệm trong phạm vi một lý thuyết Cách tiếp cận phân tích hệ thống - Systemic Approach Cách tiếp cận phân tích truyền thống - Analytic Approach 3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG 3.1) Các kiểu hệ thống tổng quát a. Các hệ thống tự nhiên HT Sông ngòi, núi non. . b. Các hệ thống nhân tạo HT mạng, HT giao thông, HT lưới điện c. Các hệ thống tự động (Automated systems) HT Tự động sản xuất (SCADA), GIS 3.2) Phân loại theo đặc điểm của mối liên hệ với môi trường chung quanh. Hệ thống kín: không có giao tiếp với môi trường bên ngòai Hệ thống mở: Hòan tòan giao tiếp với môi trường bên ngòai Hệ thống tương đối mở: giao tiếp một phần với môi trường bên ngòai 3.3) Phân loại các hệ thống theo ngành khoa học:[1] A. Các hệ thống khoa học trừu tượng và hệ thống cụ thể Hệ thống trừu tượng bao gồm những ý kiến hay khái niệm. Những hệ thống xã hội bao gồm cả hai dạng trừu tượng và cụ thể. Ví dụ tổ chức kinh doanh vừa có những tài nguyên vật chất vừa có những triết lý kinh doanh, mục đích và chính sách... B. Các hệ thống xã hội: Ví dụ: tập thể sv một năm nào đó, dân cư một thành phố được nghiên cứu trong xã hội học. 3.3) Phân loại các hệ thống theo ngành khoa học:[2] C. Các hệ thống sinh học Ví dụ: hệ thần kinh của người, hệ thống mạch thực vật, quần thụ rừng, các hệ thống sinh thái... trong ngành sinh điều khiển học (bio - cybernetic). D.Các hệ thống kỹ thuật: Ví dụ các bộ xử lý, máy điện toán, các bộ điều khiển, robot dây chuyền sản xuất tự động trong ngành tự động hóa (robotic), các ngành công nghệ -kỹ thuật. E. Các hệ hỗn hợp như con người + máy, hệ sinh thái nhân văn....trong ngành ĐKH ứng dụng. 4. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA TIẾP CẬN HỆ THỐNG: ĐIỀU KHIỂN HỌC (CYBERNETICS) VÀ KHOA HỌC HỆ THỐNG (SYSTEM SCIENCE) 4. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA TIẾP CẬN HỆ THỐNG: ĐIỀU KHIỂN HỌC (CYBERNETICS) VÀ KHOA HỌC HỆ THỐNG (SYSTEM SCIENCE) đối tượng nghiên cứu có nhiều dạng: là các tiến trình hay quá trình: như Tiến trình tuyển sinh đại học (bắt đầu từ nộp đơn thi đến khi có kết quả trúng tuyển hoặc không); Tiến trình sinh sản (bắt đầu từ giao phối đến khi sinh đẻ); Tiến trình xử lý nước thải (bắt đầu từ nước thải ra do sản xuất và sinh hoạt đến khi nước thải ra đã qua xử lý). . . là các thực thể, đối tượng: như các doanh nghiệp , các cơ thể sinh vật, các thiết bị điện tử ; các ngôi nhà, các quốc gia, một hành tinh; và cũng có thể là các phương trình toán, một hệ phương trình. . . Các thực thể, đối tượng, các triến trình có thể là có trong tự nhiên hay do con người tạo lập ra để thực hiện một nhiệm vụ nào đó với mục đích phục vụ cho lợi ích của con người. Có cơ cấu tổ chức hay sắp xếp (structure), được cấu thành từ nhiều phần tử hay phần tử (components - còn gọi là phần tử) và có một ranh giới có thể phân biệt với chung quanh. Giữa các phần tử của "hiện tượng, quá trình hay thực thể, đối tượng" có sự liên lạc, nối kết hay trao đổi thông qua các luồng thông tin - tín hiệu . Hệ thống (có tổ chức)Đầu vào Đầu ra Có sự trao đổi thông qua các thông tin - tín hiệu giữa “các phần tử thuộc hiện tượng, quá trình hay thực thể, đối tượng” với “môi trường bên ngoài”, là tập hợp các yếu tố có ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của “hiện tượng, quá trình hay thực thể, đối tượng” đó, Trong quá trình phát triển theo thời gian, các “hiện tượng, quá trình hay thực thể, đối tượng” có biểu hiện sự vận động, biến đổi theo thời gian(có động thái - dynamic) và hoạt động của các hiện tượng, quá trình hay thực thể, đối tượng đó luôn có mục đích. Hệ thống (có tổ chức)Đầu vào Đầu ra Hệ động vật Hệ thực vật Hệ vi sinh Đất – nước – không khí Bức xạ mặt trời, mưa, gió, nước mặt, bào tử,hạt giống. . Dinh dưỡng khóang trong đất Sản lượng sinh học Đất (xói mòn) Nước (chảy) Không khí (gió) Hình 1.3: Đầu vào, cấu trúc hệ sinh thái và đầu ra âm thanh Linh kiện n . . . . . . . . . . Linh kiện 1 Sóng phát hình hình ảnh hìnhTruyềnMáyĐiện năng Hình 1.4: Đầu vào, cấu trúc máy tivi và đầu ra . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . Thương hiệu trên thị trường Công nghệ sản xuất Chất thảiNguyên vật liệu Lợi nhuậnLao động Sản phẩmXí nghiệp Phân xưởng . . . . . . . . . . . . Phòng ban Ban Giám Đốc Tiền vốn đầu tư Hình 1.5: Đầu vào, cấu trúc một công ty và đầu ra Tiến trình kinh doanh Phát thải khí Chất thải Năng lượng Chất thải được kiểm soát Dịch vụ Sản phẩm Nguyên liệu thô Vật liệu phụ Chất đốt Bao bì Năng lượng Chất thải Hình 1.6: Đầu vào, cấu trúc tiến trình kinh doanh và đầu ra LTHT được đề nghị năm 1940 bởi nhà sinh học Ludwig von Bertalanffy : (General Systems Theory, 1968), và sau đó bởi Ross Ashby (Introduction to Cybernetics, 1956). Bertalanffy nổ lực thống nhất các khoa học. Ong nhấn mạnh rằng các hệ thống thực đều là các hệ thống mở, tương tác với môi trường và chúng có thể có các tính năng mới về mặt định lượng thông qua tính trội sinh ra từ sự phát triển liên tục. Khoa học mới, chuyên nghiên cứu và khái quát các đặc trưng chung cuả các hiện tượng và quá trình đã đề cập trên đây. Khoa học đó là điều khiển học (cybernetics) và khoa học hệ thống (system science) Điều khiển học bắt nguồn từ định nghĩa năm 1947 bởi Wiener trong khoa học điều khiển và truyền thông và sự phát triển lý thuyết thông tin của Shannon , được thiết kế nhằm tối ưu hóa sự chuyển đổi thông tin thông qua các kênh truyền thông (vd: đường điện thoại) và khái niệm phản hồi được dùng trong các hệ thống công nghệ truyền thông. Điều khiển học và khoa học hệ thống là các khoa học về phương pháp luận. Khoa học hệ thống là khoa học mô tả các khái niệm và nguyên lý của các kiểu tổ chức (là các tiến trình, thực thể (trong xã hội cũng như tự nhiên), các khái niệm và nguyên lý này độc lập với các tiến trình hay thực thể hay hệ thống cụ thể mà chúng ta tìm thấy trong thực tế. ĐKH và KHHT là một khoa học độc lập, tổng hợp những khía cạnh, đặc tính chung, tương tự của các hệ thống sống và phi sự sống 5. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG VÀ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN LIÊN QUAN 5.1) Định nghĩa hệ thống một hệ thống là một nhóm các phần tử tương tác nhau, liên hệ lẫn nhau, phụ thuộc lẫn nhau hình thành nên một phức hợp thống nhất. Hệ thống là tập hợp các phần tử được định nghĩa có chủ đích, liên kết lẫn nhau bằng tập hợp các mối liên hệ đa dạng, sao cho tập hợp được sắp xếp này như là một tổng thể có khả năng thực hiện một nhiệm vụ đặt ra. Hình1.7:Một. Hệ thống trong sự tương tác với môi trường bên ngoài. Định nghĩa theo lý thuyết hệ thống: Hệ thống điều khiển là tập hợp các đặc trưng và đặc điểm nghiên cứu, được định nghĩa (gán) trên các hiện tượng, đối tượng, quá trình cụ thể nghĩa là đối tượng nghiên cứu của ĐKH không phải là một hiện tượng, đối tượng cụ thể nào, mà là các hiện tượng, đối tượng hay quá trình có động thái, thay đổi theo thời gian, tuân theo các quy luật hiểu được. hệ thống điều khiển có thể ra đời sớm hơn đối tượng, thực thể mà nó có liên quan đến, đồng thời, trên một thực thể có thể xác định nhiều hệ thống, tùy theo quan điểm mà chúng ta đã gán trong quá trình nhận thức về hệ thống. Hành vi, tính cáchTăng trưởng thể trọngĐộng thái Trí nhớ, tình cảm, xúc cảm, óc tưởng tượng, suy luận. . . Hệ tuần hoàn, hô hấp, bài tiết, sinh dục, thần kinh. . . Thành phần cấu trúc Tâm lý họcSinh lý họcQuan điểm NC Luồng khách vào ra, luồng tiền doanh thu-chi phí. . . Tính hài hòa cân đối, thẫm mỹ Vật chất (lý hóa) , năng lượng Luồng tín hiệu biến đổi Sự phát triển qui mô, sự đa dạng sản phẩm du lịch. . . Sự phát triển và biến đổi bố cục không gian kiến trúc, sự liên tục.. . . Tăng trưởng sinh khối và phát triển chủng loại Động thái Khu ăn uống, khu dịch vu thể thao, khu vui chơi, khu thưởng ngoạn , khu tham quan. . . Hệ thống đường, bồn hoa, mảng rừng, công trình kiến trúc Cây đại mộc, cây trung mộc, hoa kiểng, cỏ, rong rêu. . . Thành phần cấu trúc Kinh doanh du lịchKiến trúc cảnh quanThực vật họcQuan điểm NC Công viên Con người 5.2) Đối tượng – hình ảnh nhận thức – mô hình của hệ thống Hình 1.8 : Xem xét đối tượng để hình thành hình ảnh của đối tượng Một đối tượng được quan sát (object) Một sự nhận thức về đối tượng quan sát tạo ra hình ảnh nhận thức (image) Một mô hình (model) hay sự diễn tả một đối tượng được nhận thức. Một người quan sát có thể xây dựng nhiều mô hình để diễn tả một đối tượng. 5.3) Hệ thành phần và hệ chuyên đề + Xem xét theo kiểu hệ thành phần: (subsystem) Hình 1.9 a,b: Xác định ranh giới hệ thống để giới hạn hệ thành phần (Hệ thống xét theo thành phần) Khi xây dựng hình ảnh nhận thức của hệ thống theo kiểu hệ thành phần, chúng ta xét tất cả các kiểu quan hệ giữa các phần tử có trong hệ thống + Xem xét theo kiểu hệ chuyên đề: (aspect system) Tùy vào quan điểm chúng ta xem xét mà việc cụ thể hóa kiểu quan hệ được thực hiện. Cùng trên một thực thể các quan điểm nghiên cứu có thể có rất nhiều, do đó trên cùng một thực thể, có thể xây dựng hình ảnh nhận thức của hệ thống theo những khía cạnh chuyên đề khác nhau, chúng phân biệt nhau bằng các quan điểm khác nhau. Hình 1.10: Trên cùng một hệ thống, có thể có hai hay nhiều hình ảnh nhận thức theo từng khía cạnh 5.4) Ranh giới giữa hệ thống và môi trường bên ngòai + Hệ thống mở: là hệ thống có nhận biến vào (input) từ môi trường bên ngoài và đáp ứng – phản ứng lại môi trường bằng các biến ra (output). + Hệ thống kín: là hệ thống không hoặc rất ít giao tiếp với môi trường bên ngoài. Hệ thống không hoặc rất ít nhận biến vào (input) từ môi trường bên ngòai và cũng không hoặc rất ít đáp ứng – phản ứng lại môi trường với các biến ra (output). + Ranh giới cụ thể: là ranh giới địa lý, ranh giới mang tính vật lý phân biệt bằng trực quan. + Ranh giới trừu tượng: quy định bằng thẻ hội viên (người có thẻ là ở trong hệ thống), bằng quyết định thành lập tổ chức (có tên trong quyết định là ở trong hệ thống). 5.5) Phân rã hệ thống (decomposition), Tích hợp hệ thống (system integration) và hệ thống tích hợp (integrated system): Hình 1.11: Phân rã hệ thống trong nhận thức để phân tích hệ thống Hình 1.12: Tích hợp các hệ thống chuyên đề khác nhau thành một hệ thống tích hợp 5.6) Nội dung và cấu trúc hệ thống • Nội dung của hệ thống là tập hợp toàn bộ các phần tử hình thành nên hệ thống, không xem xét đến quan hệ giữa các phần tử . • Cấu trúc của hệ thống là tập hợp các phần tử, đồng thời bao gồm cả các mối liên hệ lẫn nhau của các phần tử trong hệ thống. 5.7) Tiến trình biến đổi của hệ thống, biến vào, biến ra, biến trung gian Các số đo đầu vào gọi là các biến vào (input) và kết quả biến đổi là hệ thống phản hồi lại môi trường các yếu tố kết quả, các số đo kết quả gọi là các biến ra (output). Các đại lượng đo được trong quá trình biến đổi trong phạm vi nội bộ hệ thống ta gọi là các biến trung gian (throughput). Hình 1.13: Các lọai biến: vào, trung gian, ra 5.7) Tiến trình biến đổi của hệ thống, biến vào, biến ra, biến trung gian [2] Hình 1.14: Mô tả tiến trình biến đổi trong hệ thống - Ví dụ trong một khu DLST 5.8) Động thái của hệ thống (system dynamics) Động thái của hệ thống là sự biến đổi của hệ thống theo thời gian. Động thái của hệ thống thường được biểu thị qua việc theo dõi hành vi của hệ thống theo thời gian (behavior of time). Biểu diễn toán học của động thái thường thể hiện bằng đồ thị BOT (behavior of time graph). Hình 1.15: Ví dụ về đồ thị biểu thị động thái 1. Tư duy hệ thống (system thinking): là phương pháp dùng mô tả hệ thống. 2. Phân tích hệ thống (system analysis) là phương pháp dùng để tìm kiếm, thu thập hiểu biết về hệ thống. 3. Tiếp cận hệ thống (system approach) là phương pháp dùng để giải quyết vấn đề trong nghiên cứu khoa học hay quản lý. 4. Kỹ thuật hệ thống (System engineering) là phương pháp dùng để xây dựng, phát triển các hệ thống. 6. CÁC THÀNH PHẦN CỦA PHƯƠNG PHÁP LUẬN HỆ THỐNG 6.1. Tư duy hệ thống Tư duy hệ thống là một cách giúp một người xem xét thế giới chung quanh, bao gồm các tổ chức bằng một cách nhìn tổng thể, bao gồm các cấu trúc, các kiểu hình các các sự kiện (các lớp sự kiện cùng loại), hơn là chỉ xem xét bản thân các sự kiện riêng lẻ. Tư duy hệ thống là một cách nhận thức hiện thực nhấn mạnh vào xem xét quan hệ tương tác giữa các phần của hệ thống hơn là xem xét chính bản thân các thành phần này. Nó nhấn mạnh tổng thể hơn là bộ phận, nhấn mạnh vai trò của các mối quan hệ lẫn nhau bao gồm vai trò mỗi chúng ta giữ trong các hệ thống làm việc trong đời sống của chúng ta. Nó nhấn mạnh sự phản hồi vòng lặp (ví dụ, A dẫn tới B, B dẫn tới C, C dẫn đến trở về A) hơn là quan hệ nhân quả tuyến tính (A dẫn tới B, B dẫn tới C, C dẫn đến D . . . .) 6.1.1) Khái niệm tư duy hệ thống 6.1.1) Khái niệm tư duy hệ thống [2] Tư duy hệ thống là : + Tư duy tiếp cận tổng thể tòan cục trước khi đi vào chi tiết + Quan tâm đến tương tác giữa các thành phần của hệ + Tư duy vòng lặp, nhân quả + Tư duy động (xét diễn biến theo thời gian) + Tư duy khái quát (thấy đặc tính chung của các hệ cùng lọai) + Tư duy để hành động (thiết kế, cải tiến) + Tư duy dựa vào định lượng và thử nghiệm qua mô hình Theo Barry Richmond (1999) có 7 kỹ năng tư duy hệ thống • Các kiểu diễn biến nhìn thấy được, không chỉ các sự kiện riêng lẻ. • Tư duy vòng khép kín: các tiến trình có liên hệ lẫn nhau thay vì các mối quan hệ một chiều, • Tư duy khái quát: thấy được cấu trúc chung ngoài các triệu chứng cụ thể. • Tư duy cấu trúc: suy nghĩ theo cấu trúc kho trữ và luồng (stock and flows) • Tư duy vận hành: “một hệ thống sản xuất sửa nên bao gồm cả các con bò” • Tư duy tổng hợp: tìm kiếm các con đường, cách thức giữa các thái cực trắng và đen, • Tư duy khoa học: làm cho mọi việc có thể định lượng và thử nghiệm được. Hình 1.16: Các kỹ năng cần rèn luyện trong tư duy hệ thống 6.1.2) Các công cụ tư duy hệ thống + Nhóm công cụ nhận thức: Các sơ đồ hệ thống (gồm các vòng lặp nhân quả (causal loops), đồ thị động thái theo thời gian (Behavior over time – BOT graph)), Các sơ đồ kho trữ và luồng (Stock and flow diagrams) Các nguyên mẫu hệ thống (archetypes) + Nhóm công cụ thử nghiệm: + Các mô hình mô phỏng trên máy tính + Các “bộ mô phỏng bay” (flight simulators) sẽ giúp thử nghiệm các tác động có thể xảy ra cho hệ thống khi can thiệp lên hệ thống trong những điều kiện giả định (thay đổi thông số, xem kết quả và tác động của các hậu quả. . .). 6.1.2.1) Các sơ đồ hệ thống (systems diagrams) Sử dụng các sơ đồ khối, trong đó, các khối hình dạng khác nhau thể hiện thành phần, các mũi tên thể hiện mối liên hệ giữa các thành phần (phân biệt hoặc không phân biệt theo luồng). Hình 1.17: Ví dụ về sơ đồ khối diễn đạt cấu trúc hệ thống -Sử dụng các vòng lặp nhân quả (causal loop diagrams = CLD): Hình 1.18: Các ví dụ về cấu trúc – động thái của hai loại vòng lặp: cân bằng và khuếch đại biến động Sử dụng các sơ đồ kho tích trữ và luồng (Stocks and flows diagrams) kết hợp với CLD. Kho (t) = Kho (t0) + [ Luồng vào (t) – Luồng ra (t)] dt Các kho là các biến trạng thái hay tích phân của hệ thống. Chúng tích lũy (tích hợp) các luồng vào của chúng ít hơn các luồng ra . Các luồng là tất cả những gì là tốc độ hay đạo hàm. Hình 1.19: Các ví dụ về sơ đồ kho trữ và luồng 6.1.2.2) Đồ thị diễn biến theo thời gian (BOTG = Behaviour on time graph) Đồ thị BOT là đồ thị ghi lại diễn biến của một hay nhiều biến số theo thời gian. Khi vẽ nhiều biến trên cùng một đồ thị, chúng tác có thể hiểu biết sự tương tác giữa các biến theo thời gian. BOTG là đồ thị có các đặc trưng sau: + Trục hoành biểu thị yếu tố thời gian . + Trục tung biểu thị đại lượng biến đổi theo thời gian. Hình 1.20: Ví dụ về đồ thị biểu thị động thái BOT Các thông số xác định đặc trưng của BOTG Những đồ thị BOTG (đường cong biến đổi) trong các hệ thống có thể xác định bằng ba thông số độc lập: Chiều hướng tổng quát của sự biến đổi (tăng, giảm hoặc mức độ) Độ dao động tương đối quanh xu thế tổng quát (lớn hay nhỏ) Nhịp độ dao động (thường xuyên/không thường xuyên) Hình 1.21: đặc trưng đồ thị biểu thị động thái Kiểu diển biến của động thái + Kiểu tuyến tính (linear) + Kiểu diễn biến hàm mũ (exponental) + Kiểu diễn biến tiệm cận mục tiêu (goal-seeking family) + Kiểu diễn biến dao động + Kiểu diễn biến dạng chữ S Hình 1.22: Ví dụ về đồ thị kiểu diễn biến động thái họ hàm mũ Kiểu diển biến của động thái Hình 1.25: Một kiểu diễn biến hình chữ S Hình 1.24: Các kiểu diễn biến tiệm cận mục tiêu Hình 1.23: Sáu kiểu diễn biến động thái theo thời gian Kiểu diển biến của động thái Hình 1.27: Một kiểu diễn biến hình chữ S Hình 1.26: Các kiểu diễn biến tiệm cận mục tiêu phân tích hệ thống thường là nhằm mục đích xem xét các thực thể, đối tượng thực (theo quan điểm lý thuyết hệ thống), nhận biết cấu trúc và các quy luật vận động của hệ thống để có thể cải tiến, điều chỉnh nhằm bảo đảm cho hệ thống phát triển đúng mục tiêu đã định trong điều kiện thay đổi của môi trường bên ngoài. 6.2.1) Mục tiêu đặt ra khi nghiên cứu hệ thống Mục tiêu của bản thân hệ thống Mỗi hệ thống có mục tiêu vận hành riêng của nó Vd: Chiếc tivi có mục tiêu phát hình và âm thanh Hệ sinh thái đô thị có mục tiêu phát triển bền vững Doanh nghiệp có mục tiêu kinh tế và môi trường 6.2. Phân tích hệ thống 6.2.2) Xác định quan điểm phân tích Hình 1.28: Xem xét hệ thống theo quan điểm hệ thành phần, giới hạn phần tử, không giới hạn mối liên hệ. Hình 1.29: Quan điểm xem xét kiểu hệ chuyên đề, bao gồm tất cả các phần tử nhưng giới hạn một khía cạnh xem xét (xét mối liên hệ kỹ thuật). 6.2.3) Xác định quan điểm phân tích Diễm biến chất lượng môi trường. Sản lượng, năng suất, Số lượng hàng hóa nhập xuất. . Tiền thu, chi, trả lương, điện nước, vật tư. . . Động thái Hệ thống quan trắc, hệ thống báo cáo đánh giá, Bộ phận sản xuất sạch hơn. . . Bộ phận cung ứng, tiếp thị, sản xuất, vận chuyển. . . Phiếu thu chi, Phiếu nhập xuất, Tiền thu, tiền chi, quỹ tồn, bảng lương, quản trị thiết bị, vật tư. . . Thành phần cấu trúc Môi trường/ HT quản lý MT Kỹ thuật/ HT QL Sản xuất Kinh tế / Hê thống kế tóan tài chính Quan điểm Nghiên cứu hệ thống Tóm tắt các nội dung cơ bản của phân tích hệ thống Hình 1.30: Tóm tắt các nội dung cơ bản của phân tích hệ thống 6.2.4) Phân tích cấu trúc của hệ thống Hình 1.31: Xác định cấu trúc hệ thống bằng cách giới hạn phần tử có trong hệ Phương pháp trình bày cấu trúc hệ thống 1) Mô tả bằng lời văn, hình ảnh thuyết minh , hình vẽ Ưu điểm của cách diễn đạt bằng hình vẻ là dễ hiểu, nhược điểm là không diễn đạt hết thành phần và mối quan hệ giữa các thành phần đối với các hệ thống lớn và phức tạp. Hình 1.32: Ví dụ mô tả hệ thống bằng hình vẽ (Tiến trình biến đổi Ni tơ trong khí quyển) Phương pháp trình bày cấu trúc hệ thống Mô tả bằng lời văn Đi kèm với các hình vẽ, hệ thống thường được mô tả bằng lời văn: ví dụ: hệ thống DLST bao gồm các tuyến . . . . và các điểm tham quan . . Ưu điểm của diễn đạt bằng lời văn là có thể mô tả và giải thích tỷ mỹ các thành phần, mối liên hệ tương tác giữa các thành phần. Nhược điểm là dài dòng, không hấp dẫn người đọc. Thường được dùng để thuyết minh kết hợp với các cách khác. Phương pháp trình bày cấu trúc hệ thống Diễn đạt bằng sơ đồ khối Khi sử dụng sơ đồ khối, có thể dùng các hình (khối) khác nhau để diễn đạt các thành phần, các mũi tên khác nhau thể hiện các luồng thông tin tín hiệu và mối liên hệ tương tác. Ranh giới hệ thống được vẽ bằng khung không liền nét. Ưu điểm của cách biểu thị bằng sơ đồ khối tương đối đơn giản, dể hiểu, dễ định hướng về thành phần, cấu trúc và động thái vận hành của hệ thống. Tuy nhiên, đối với các hệ thống nhiều thành phần, cách diển đạt bằng sơ đồ khối khó diển đạt hết những quan hệ phức tạp, đa phương. Hình 1.33: Ví dụ mô tả hệ thống bằng sơ đồ khối 6.2.5) Xác định ranh giới hệ thống: phân định giữa hệ thống và môi trường: Ranh giới này có thể là: Vật chất – vật lý (biên giới tỉnh, thành phố, da cơ thể, vỏ máy ) Trừu tượng hay phi vật chất (như là hội viên của một tổ chức xã hội nào đó, đoàn viên, đảng viên, người có vé vào cổng, nhân viện khu DLST có đeo phù hiệu. . .). Ranh giới hệ thống rất quan trọng vì nhiều lý do: Các ranh giới bảo đảm và xác định hệ thống như là một tổng thể có mục đích . Các quan hệ giữa HT và môi trường của nó diễn ra chủ yếu là ở biên giới. Ở ranh giới HT, các tín hiệu đi vào (input= biến vào) và đi ra khỏi hệ thống (output=biến ra) Ranh giới liên quan đến chi phí của quá trình phân tích đánh giá. Môi trường của một hệ thống là tổng hợp tất cả các phần tử bên ngoài hệ thống. Thuộc tính của môi trường thay đổi, tín hiệu vào hệ thống thay đổi làm cho bản thân hệ thống biến đổi. Ngược lại, do hoạt động của hệ thống, thuộc tính của các phần tử trong môi trường cũng bị thay đổi. Môi trường của một hệ thống tập hợp các phần tử được định nghĩa có mục đích chủ định. Các phần tử đó không thuộc về hệ thống nhưng thể hiện có mối liên hệ với nó và các mối liên hệ đó phải có ý nghĩa đối với mục tiêu của hệ thống. Hình 1.34: Sơ đồ diễn đạt phân tích cấu trúc và xác định ranh giới hệ thống 6.2.6) Phân tích các tiến trình luồng (flows) trong hệ thống: Biến vào - biến ra Các mối liên hệ tương tác giữa các phần tử trong và ngoài hệ thống Các tiến trình (process) trong khoa học hệ thống được hiểu là những luồng thông tin tín hiệu chuyển tải qua hệ thống, chúng đi từ môi trường vào hệ thống (inflow), qua các thành phần (throughflow) rồi đi ra ngoài (outflow). Luồng đại diện cho các đại lượng biến đổi theo thời gian mà khi mô phỏng bằng toán học ta thường gọi là biến số. Ví dụ: Thức ăn, nước, không khí. . . là các luồng đi qua cơ thể sinh vật. Nguyên vật liệu, tiền, nhân lực, trang thiết bị, thông tin thị trường là các luồng đi qua một xí nghiệp. Vật chất (dinh dưỡng khoáng, các chất vô cơ hữu cơ dưới dạng đất, nước và không khí) và năng lượng (nhiệt, bức xạ mặt trời. . .) , chủng loài sinh vật (hạt giống, bào tử, động vật di cư…) là các luồng đi qua các hệ sinh thái. 6.2.6) Phân tích các tiến trình - luồng (flows) trong hệ thống: Biến vào - biến ra Các mối liên hệ tương tác giữa các phần tử trong và ngoài hệ thống [2] Biến vào (Input) của hệ thống được coi là tất cả những luồng gì mà môi trường tác động vào hệ thống, Biến vào của một phần tử trong hệ thống là đại lượng vào do sự tác động của các phần tử lân cận hoặc từ môi trường bên ngoài. Biến ra (Output) của hệ thống là những gì mà hệ thống tác động vào môi trường. Biến ra của một phần tử trong hệ thống là đại lượng xuất ra từ phần tử đó đến các phần tử lân cận hoặc ra môi trường bên ngoài. Hình 1.35: Biến trung gian là các đại lượng tồn tại tạm thời trong hệ thống (bán thành phẩm, chất thải tại nhà máy. . Hình 1.36: Ví dụ về tiến trình Hình 1.37: Ví dụ về tiến trình trong hệ sinh thái 6.2.7) Phân tích động thái diễn biến của hệ thống theo thời gian Diễn biến theo thời thời gian hay động thái hệ thống là một nội dung quan trọng nhất khi phân tích hoạt động hệ thống. Biết được diễn biến theo thời gian của hệ thống, người quyết định mới có cơ sở lựa chọn các phương án quyết định. Ví dụ, biết diễn biến theo thời gian của tải lượng các chất ô nhiễm mới có thể đề ra biện pháp cải tiến hệ thống quản lý môi trường, đưa ra các giải pháp giảm thiểu, khắc phục. Phân tích động thái là sự diễn đặt bằng đồ thị diễn biến theo thời gian của một hay nhiều biến số trong hệ thống đang phân tích. Đồ thị đó thường được gọi là BOT (behavior over time). Sử dụng BOTG để sơ đồ hóa hiểu biết và nhận thức của chúng ta về hệ thống . (Xem phần tư duy hệ thống). 6.2.8) Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống (hierarchy) : vị trí của hệ thống trong tổng thể và phạm vi nghiên cứu: Các hệ thống thường có sự sắp xếp theo cơ cấu cấp bậc hình nhánh cây. Một hệ thống thông thường có thể bao gồm các phân hệ, và bản thân hệ thống đó cũng có thể là phân hệ của hệ thống bậc trên. Việc xác định vị trí của hệ thống trong tổng thể sẽ giúp ích rất nhiều trong việc giới hạn phạm vi nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học. Ví dụ, hệ sinh thái địa cầu bao gồm 3 loại hệ sinh thái cơ bản: HST tự nhiên (Đồng cỏ, rừng, ao, hồ, núi đá. . ) ; HST đô thị (các thành phố lớn, khu công nghiệp) và hệ sinh thái nông nghiệp. Khi xác định vấn đề nghiên cứu môi trường, tùy theo “vấn đề” xảy ra ở một khu vực cụ thể hay xảy ra toàn cầu. Nếu cụ thể, chúng ta sẽ giới hạn trong phạm vi HST tương ứng và chỉ quan tâm trực tiếp HST đang nghiên cứu và những hệ sinh thái lân cận về mặt địa lý. 6.2.8) Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống (hierarchy) : vị trí của hệ thống trong tổng thể và phạm vi nghiên cứu [2] Hình 1.38: Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống 6.2.8) Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống (hierarchy) : vị trí của hệ thống trong tổng thể và phạm vi nghiên cứu [2] Hình 1.39: Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống Vùng Đông Nam Bộ Thành phố Hồ Chí Minh Nội thành: quận x,y, Ngoại thành Đường phố Nhà ở Ruộng Đất nông nghiệp 6.2.9) Tính trội hay tính ưu việt của hệ thống Tính trội của hệ thống là tính chất của một hệ thống mà tính chất đó không thể có trong các phần tử riêng rẽ. Khi thiết lập một hệ thống như một cơ thể hữu cơ, có sự phân định chức năng cụ thể, không trùng lắp nên hệ thống sẽ tạo ra những đặc tính mới mà từng phần tử đứng riêng lẻ không có được. Vd: Hệ sinh thái có khả năng tạo ra sinh khối vì tích hợp sinh vật và môi trường vật lý. Bản thân môi trường vật lý không tạo ra sinh khối và sinh vật không tồn tại được nếu không có môi trường Doanh nghiệp kết hợp máy móc và nguyên nhiên liệu với họat động quản lý tạo ra sản phẩm và dịch vụ, chất thải. . . 9. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN HỆ THỐNG DÙNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG NGHIÊN CỨU VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG TiẾP CẬN HỆ THỐNG (System approach) Trong thực tiễn có những trường hợp đòi hỏi chúng ta phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề phát sinh của hệ thống trong quá trình tồn tại và phát triển của nó. Tùy theo tầm quan trọng của vấn đề mà ta quyết định có tiến hành phân tích hệ thống tòan diện hay không. Tiến cận hệ thống giúp tiết kiệm và thời gian và công sức vì không phải làm việc thừa. Giải quyết vấn đề của hệ thống Cách tiếp cận đa ngành được nhận biết khi cách tiếp cận của các chuyên gia chuyên môn hóa đơn ngành, mỗi người xác định với chuyên môn gốc của ngành mình khi hoàn thành cả việc phân tích vấn đề (một phần) và đưa ra giải pháp từng phần. Cách tiếp cận này chỉ thành công nếu người quản lý dự án với thái độ đa ngành làm cho mọi người hành động tích hợp các phân tích vấn đề từng phần trong phân tích toàn cục và thực hiện sự tích hợp giải pháp từng phần thành một hay nhiều giải pháp toàn cục. 9.1) Cách tiếp cận vấn đề đa ngành (multi - disciplinary problem approach) Hình 1.40: Cách tiếp cận đa ngành Là cách tiếp cận áp dụng bởi những người giải quyết vấn đề tối thiểu với kiến thức cơ bản của một vài đơn ngành và một xu hướng xác định vấn đề thay vì với chuyên ngành gốc của anh ta hay bất kỳ chuyên ngành nào khác. Nghĩa là, tập hợp kiến thức nhiều lĩnh vực đơn ngành để giải quyết cùng một vấn đề thay vì chỉ phân tích và giải quyết với kiến thức chuyên ngành của chính mình. 9.2) Cách tiếp cận vấn đề liên ngành (interdisciplinary problem approach) Hình 1.41: Cách tiếp cận liên ngành 10. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG 10.1. Khái niệm công nghệ hệ thống Công nghệ hệ thống là một cách tiếp cận liên ngành và các phương pháp cho phép thực hiện các hệ thống lớn, phức tạp thành công. Công nghệ hệ thống là một phương pháp luận vận dụng lý thuyết hệ thống. Theo nghĩa cụ thể, công nghệ hệ thống là việc thiết kế ra các công trình xây dựng, máy móc, thiết bị hay cả dây chuyền sản xuất và công nghệ nhằm đạt được các mục tiêu xác định trước. Thiết kế, xây dựng các hệ thống lớn, phức tạp 10.1. Khái niệm công nghệ hệ thống Công nghệ hệ thống đã có nhiều phát huy tác dụng trong các lĩnh vực: 1. Xây dựng các chiến lược phát triển kinh tế quốc gia. 2. Quy hoạch tổng thể, quy hoạch vùng, đô thị. 3. Lĩnh vực tổ chức nghiên cứu khoa học. 4. Thiết kế các hệ thống kỹ thuật phức hợp như các hệ thống năng lượng, các hệ thống sản xuất tự động . . . 5. Phát triển công nghệ phần mềm 6. Quy hoạch chiến lược phát triển Du lịch sinh thái quy mô lớn. 1. Xác định các yêu cầu, mục tiêu hệ thống, phân tích hệ thống: các thành phần và chức năng, mối quan hệ giữa các thành phần . . . 2. Người phụ trách tổng công trình thực hiện thiết kế hệ thống tổng thể: 3. Phân rã thành các hệ thống con, phân cho những chuyên gia có chuyên môn thích hợp để thiết kế chi tiết 4. Tich hợp thành hệ thống tổng thể 5. Lắp đặt và thi công thực hiện hệ thống 6. Vận hành thử nghiệm, hòan thiện hệ thống 7. Cải tiến hệ thống trong quá trình phát triển 8. Thu hồi, hủy bỏ hệ thống 10.2. Các giai đoạn của công nghệ hệ thống trong các dự án lớn phức hợp Hình 1.42: Các tiến trình cơ bản trong công nghệ hệ thống CÂU HỎI THẢO LUẬN NHÓM 1) Biểu bằng sơ đồ khối thành phần của hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ và môi trường bên ngoài của nó? 2) Biểu bằng sơ đồ khối thành phần của Khu công nghiệp Tân Tạo và môi trường bên ngoài của nó? 3) Biểu bằng sơ đồ khối thành phần của một khu du lịch sinh thái và môi trường bên ngoài của nó? 4) Vẽ sơ đồ đường dẫn trong môi trường tự nhiên của Chì (Pb) trong hệ sinh thái đô thị TpHCM? 5) Vẽ sơ đồ đường dẫn trong môi trường tự nhiên của Thuốc trừ sâu trong hệ sinh thái đô thị TpHCM?