Bài giảng Phân tích hệ thống môi trường - Bài 1: Phân tích hệ thống MT và phương pháp luận hệ thống

Nội dung text: Bài giảng Phân tích hệ thống môi trường - Bài 1: Phân tích hệ thống MT và phương pháp luận hệ thống

1. Bài 1 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN HỆ THỐNG.
2. MỤC TIÊU HỌC TẬP BÀI 1 1.Khái niệm về phân tích hệ thống môi trường (environmental system analysis = esa) 2.Phân biệt cách tiếp cận phân tích cổ điển vàcách 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) vàkhoa học hệ thống (system science) 5.Khái niệm hệ thống vàcác khái niệm cơ bản liên quan 6.Bốn thành phần của phương pháp luận hệ thống: Phân tích, Tư duy, Tiếp cận vàcông nghệ hệ thống
3. 1. KHÁI NIỆM VỀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG (ENVIRONMENTAL SYSTEM ANALYSIS = ESA)
4. 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 vàgiao 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 giáchu trình sống (LCA) vàcác công cụ liên quan, các chỉ số bền vững, đánh giá công nghệ môi trường và đánh giá môi trường của tổ chức.
5. Hình 1.1 : Phạm vi quan tâm của phân tích hệ thống môi trường (hệ kỹ thuật –hệxã hội vàhệtựnhiên) (nguồn: tư liệu internet).
6. Hình 1.2: Vai trò của các công cụ phân tích hệ thống môi trường
7. 1.2) Vìsao 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 vàsựphát triển hệ thống xã hội làm phát sinh chất thải. Vìvậy, 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 –tựnhiên, đòi hỏi các giải pháp liên ngành. Vìthế muốn nhận thức vàgiải quyết cóhiệu quả vấn đề môi trường bắt buộc phải tiếp cận bằng phương pháp luận hệ thống.
8. 1.2) Vìsao phải ứng dụng cách tiếp cận phân tích hệ thống trong ngành môi trường [2] các hệ thống phức hợp: •Đánh giátác động môi trường của một dự án trong các ngành công nghiệp, các quátrình sản xuất, các rủi ro môi trường cóthể phát sing trong một khu vực, một nhàmáy. . .các đối tượng nghiên cứu này làcác hệ thống kỹ thuật phức hợp. Không tiếp cận theo quan điểm hệ thống thìrất khónhận thức vàthực hiện việc đánh giátác 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.
9. 1.2) Vìsao phải ứng dụng cách tiếp cận phân tích hệ thống trong ngành môi trường [3] Các hệ thống phức hợp: •Quản lý môi trường vùng, tỉnh thành, quận huyện, làcác 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 làcác 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.
10. 2. PHÂN BIỆT CÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH CỔ ĐIỂN VÀCÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
11. 2. PHÂN BIỆT CÁCH TIẾP CẬN PHÂN TÍCH CỔ ĐIỂN VÀCÁCH 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 vànhận 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. .
12. 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 cóthể tái hiện hệ thống vàquan 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 đóhay hệ thống thiết kế các hệ thống khác.
13. Cách tiếp cận phân tích truyền Cách tiếp cận phân tích hệ thống - thống -Analytic Approach Systemic Approach Phân lập Ht thành phần tử vàtập Hợp nhất phần tử vàtập trung vào trung nghiên cứu phần tử sự tương tác giữa các phần tử Nghiên cứu tính chất của sự tương NC tác động của sự tương tác tác Nhấn mạnh sự chính xác của các Nhấn mạnh tầm nhìn tổng thể chi tiết Thay đổi một biến số theo thời Thay đổi đồng thời nhiều nhóm biến gian số Duy trìsự độc lập các phần tử trong suốt thời gian; Hiện Tích hợp theo thời gian vàsựkhông tượng được quan sát cóthể lập thể lập lại. lại.
14. Cách tiếp cận phân tích truyền thống - Cách tiếp cận phân tích hệ thống -Systemic Analytic Approach Approach Luận cứ dựa trên các phương pháp Các luận cứ thông qua sự so sánh tập chứng minh thínghiệm trong tính của mô hình với hiện thực. phạm vi một lý thuyết Sử dụng sự chính xác vàcác mô hình Sử dụng các mô hình chưa đủ độ chính chi tiết kém hữu dụng trong điều xác để làm cơ sở tri thức nhưng rất hành thực tế (vídụ, các mô hình hữu dụng cho các quyết định và kinh tế) hành động. Cómột cách tiếp cận hiệu quả khi các Cómột cách tiếp cận hiệu quả khi các tương tác làtuyến tính vàyếu. tương tác làphi tuyến tính vàmạnh. Dẫn đến sự giáo dục chuyên sâu theo Dẫn đến sự giáo dục liên ngành ngành Dẫn đến hành động được sắp xếp Dẫn đến hành động theo mục đích theo chi tiết Chiếm lĩnh kiến thức chi tiết nhưng Chiếm lĩnh kiến thức theo các mục đích, tính mục đích thấp các chi tiết mơ nhạt (fuzzy details)
15. 3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG
16. 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 cógiao 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
17. 3.3) Phân loại các hệ thống theo ngành khoa học:[1] A. Các hệ thống khoa học trừu tượng vàhệthống 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 vàcụthể. Ví dụ tổ chức kinh doanh vừa cónhững tài nguyên vật chất vừa có những triết lý kinh doanh, mục đích vàchính sách B. Các hệ thống xã hội: Vídụ: tập thể sv một năm nào đó, dân cư một thành phố được nghiên cứu trong xã hội học.
18. 3.3) Phân loại các hệ thống theo ngành khoa học:[2] C. Các hệ thống sinh học Vídụ: 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: Vídụcác 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.
19. 4. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA TIẾP CẬN HỆ THỐNG: ĐIỀU KHIỂN HỌC (CYBERNETICS) VÀKHOA HỌC HỆ THỐNG (SYSTEM SCIENCE)
20. 4. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA TIẾP CẬN HỆ THỐNG: ĐIỀU KHIỂN HỌC (CYBERNETICS) VÀKHOA HỌC HỆ THỐNG (SYSTEM SCIENCE) đối tượng nghiên cứu cónhiều dạng: là các tiến trình hay quátrình: 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; vàcũng cóthể làcác phương trình toán, một hệ phương trình. . .
21. Hệ thống Đầu vào (cótổchức) Đầu ra Các thực thể, đối tượng, các triến trình cóthể là cótrong 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 làphần tử) và cómột ranh giới cóthể phân biệt với chung quanh. Giữa các phần tử của "hiện tượng, quátrình hay thực thể, đối tượng" cósựliên lạc, nối kết hay trao đổi thông qua các luồng thông tin -tín hiệu .
22. Hệ thống Đầu vào (cótổchức) Đầu ra Cósự trao đổi thông qua các thông tin -tín hiệu giữa “các phần tử thuộc hiện tượng, quátrình hay thực thể, đối tượng”với “môi trường bên ngoài”, làtập hợp các yếu tố có ảnh hưởng đến sự tồn tại vàphát triển của “hiện tượng, quátrình hay thực thể, đối tượng” đó, Trong quátrình phát triển theo thời gian, các “hiện tượng, quátrình hay thực thể, đối tượng”cóbiểu hiện sự vận động, biến đổi theo thời gian(có động thái -dynamic) vàhoạt động của các hiện tượng, quátrình hay thực thể, đối tượng đóluôn cómục đích.
23. Bức xạ mặt trời, mưa, gió, nước mặt, bào tử,hạt giống. . Hệ động vật Sản lượng sinh học Hệ thực vật Hệ vi sinh Dinh dưỡng khóang trong Đất –nước – Đất (xói mòn) đất không khí Nước (chảy) Không khí(gió) Hình 1.3: Đầu vào, cấu trúc hệ sinh thái và đầu ra
24. Điện Máy Truyền hình hình năng ảnh Sóng Linh . . . . . . . Linh âm phát hình kiện 1 . . . kiện n thanh Hình 1.4: Đầu vào, cấu trúc máy tivi và đầu ra
25. Tiền vốn đầu tư Xínghiệp Sản phẩm Lao động Phân xưởng Lợi nhuận Nguyên vật liệu . . . . . . . . . . . . Chất thải Công nghệ sản xuất Thương hiệu trên thị Phòng ban trường . . . . . . . . . . . . . Ban Giám Đốc . . . . . . . . . . . . . Hình 1.5: Đầu vào, cấu trúc một công ty và đầu ra
26. Hình 1.6: Đầu vào, Phát thải khí Chất thải cấu trúc tiến trình kinh doanh và đầu ra Năng lượng Nguyên liệu thô Vật liệu phụ Tiến trình Sản phẩm Chất đốt kinh doanh Bao bì Năng lượng Chất thải Chất thải Dịch vụ được kiểm soát
27. Khoa học mới, chuyên nghiên cứu và khái quát các đặc trưng chung cuả các hiện tượng vàquátrình đã đề cập trên đây. Khoa học đólà điều khiển học (cybernetics) vàkhoa học hệ thống(system science) LTHT được đề nghị năm 1940 bởi nhàsinh học Ludwig von Bertalanffy : (General Systems Theory, 1968), và sau đóbởi Ross Ashby (Introduction to Cybernetics, 1956). Bertalanffy nổ lực thống nhất các khoa học. Ong nhấn mạnh rằng các hệ thống thực đều làcác hệ thống mở, tương tác với môi trường vàchúng cóthể cócác tính năng mới về mặt định lượng thông qua tính trội sinh ra từ sự phát triển liên tục.
28. Điều khiển học bắt nguồn từ định nghĩa năm 1947 bởi Wiener trong khoa học điều khiển vàtruyền thông vàsựphát 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) vàkhái niệm phản hồi được dùng trong các hệ thống công nghệ truyền thông.
29. Điều khiển học vàkhoa học hệ thống làcác khoa học về phương pháp luận. Khoa học hệ thống làkhoa học mô tả các khái niệm và nguyên lý của các kiểu tổ chức (làcác tiến trình, thực thể (trong xã hội cũng như tự nhiên), các khái niệm vànguyên lý này độc lập với các tiến trình hay thực thể hay hệ thống cụ thể màchúng ta tìm thấy trong thực tế. ĐKH vàKHHT làmột khoa học độc lập, tổng hợp những khía cạnh, đặc tính chung, tương tự của các hệ thống sống vàphi sự sống
30. 5. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG VÀCÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN LIÊN QUAN
31. 5.1) Định nghĩa hệ thống một hệ thống làmột 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 cóchủ đích, liên kết lẫn nhau bằng tập hợp các mối liên hệ đa dạng, sao cho tập hợp được sắp xếp này như làmột tổng thể cókhả năng thực hiện một nhiệm vụ đặt ra. Hình1.7:Một. Hệ thống trong sự tương tác với môi trường bên ngoài.
32. Định nghĩa theo lý thuyết hệ thống: Hệ thống điều khiển làtập 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, màlàcác hiện tượng, đối tượng hay quátrình có động thái, thay đổi theo thời gian, tuân theo các quy luật hiểu được. hệ thống điều khiển cóthể ra đời sớm hơn đối tượng, thực thể mànócó liên quan đến, đồng thời, trên một thực thể cóthể xác định nhiều hệ thống, tùy theo quan điểm màchúng ta đã gán trong quátrình nhận thức về hệ thống.
33. Con người Quan điểm NC Sinh lý học Tâm lý học Thành phần cấu trúc Hệ tuần hoàn, Trínhớ, tình cảm, xúc cảm, hô hấp, bài tiết, óc tưởng tượng, suy luận. . . sinh dục, thần kinh. . . Động thái Tăng trưởng thể trọng Hành vi, tính cách Công viên Quan điểm NC Thực vật học Kiến trúc cảnh quan Kinh doanh du lịch Thành phần Cây đại mộc, cây trung Hệ thống đường, bồn hoa, Khu ăn uống, khu dịch vu cấu trúc mộc, hoa kiểng, cỏ, rong mảng rừng, công trình thể thao, khu vui chơi, rêu. . . kiến trúc khu thưởng ngoạn , khu tham quan. . . Động thái Tăng trưởng sinh khối và Sự phát triển vàbiến đổi Sự phát triển qui mô, sự phát triển chủng loại bố cục không gian kiến đa dạng sản phẩm du lịch. trúc, sự liên tục . . . . Luồng tín hiệu Vật chất (lý hóa) , năng Tính hài hòa cân đối, Luồng khách vào ra, biến đổi lượng thẫm mỹ luồng tiền doanh thu-chi phí. . .
34. 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 cóthể xây dựng nhiều mô hình để diễn tả một đối tượng.
35. 5.3) Hệ thành phần vàhệ 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
36. + Xem xét theo kiểu hệ chuyên đề: (aspect system) Tùy vào quan điểm chúng ta xem xét màviệc cụ thể hóa kiểu quan hệ được thực hiện. Cùng trên một thực thể các quan điểm nghiên cứu cóthể córất nhiều, do đótrên cùng một thực thể, cóthể 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, cóthể cóhai hay nhiều hình ảnh nhận thức theo từng khía cạnh
37. 5.4) Ranh giới giữa hệ thống và môi trường bên ngòai + Hệ thống mở: làhệthống cónhận biến vào (input) từ môi trường bên ngoài và đáp ứng –phản ứng lại môi trường bằng các biến ra (output). + Hệ thống kín: làhệthống 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 vàcũng không hoặc rất ít đáp ứng –phản ứng lại môi trường với các biến ra (output). + Ranh giới cụ thể: làranh 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 cóthẻ là ở trong hệ thống), bằng quyết định thành lập tổ chức (cótên trong quyết định là ở trong hệ thống).
38. 5.5) Phân rã hệ thống (decomposition), Tích hợp hệ thống (system integration) vàhệthống 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
39. 5.6) Nội dung vàcấu trúc hệ thống •Nội dung của hệ thống làtập 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 làtập hợp các phần tử, đồng thời bao gồm cả các mối liên hệ lẫn nhau của các phần tử trong hệ thống.
40. 5.7) Tiến trình biến đổi của hệ thống, biến vào, biến ra, biến trung gian Các số đo đầu vào gọi làcác biến vào (input) vàkết quả biến đổi là hệ thống phản hồi lại môi trường các yếu tố kết quả, các số đo kết quả gọi làcác biến ra (output). Các đại lượng đo được trong quá trình biến đổi trong phạm vi nội bộ hệ thống ta gọi làcác biến trung gian (throughput). Hình 1.13: Các lọai biến: vào, trung gian, ra
41. 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 -Vídụtrong một khu DLST
42. 5.8) Động thái của hệ thống (system dynamics) Động thái của hệ thống làsựbiến 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: Vídụvề đồthị biểu thị động thái
43. 6. CÁC THÀNH PHẦN CỦA PHƯƠNG PHÁP LUẬN HỆ THỐNG 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.Kỹthuật hệ thống (System engineering) là phương pháp dùng để xây dựng, phát triển các hệ thống.
44. 6.1. Tư duy hệ thống 6.1.1) Khái niệm tư duy hệ thống Tư duy hệ thống làmột 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 làchỉ xem xét bản thân các sự kiện riêng lẻ. Tư duy hệ thống làmột cách nhận thức hiện thực nhấn mạnh vào xem xét quan hệ tương tác giữa các phần của hệ thống hơn làxem xét chính bản thân các thành phần này. Nónhấn mạnh tổng thể hơn làbộphận, 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. Nónhấn mạnh sự phản hồi vòng lặp (vídụ, A dẫn tới B, B dẫn tới C, C dẫn đến trở về A) hơn làquan hệ nhân quả tuyến tính (A dẫn tới B, B dẫn tới C, C dẫn đến D . . . .)
45. 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 vàthử nghiệm qua mô hình
46. Theo Barry Richmond (1999) có7 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 cóliên 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 vàluồng (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 cóthể định lượng vàthử nghiệm được.
47. Hình 1.16: Các kỹ năng cần rèn luyện trong tư duy hệ thống
48. 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 vàluồng (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 cóthể xảy ra cho hệ thống khi can thiệp lên hệ thống trong những điều kiện giả định (thay đổi thông số, xem kết quả vàtác động của các hậu quả. . .).
49. 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: Vídụvề sơ đồ khối diễn đạt cấu trúc hệ thống
50. -Sử dụng các vòng lặp nhân quả (causal loop diagrams = CLD): Hình 1.18: Các vídụvềcấu trúc – động thái của hai loại vòng lặp: cân bằng vàkhuếch đại biến động
51. Sử dụng các sơ đồ kho tích trữ vàluồng (Stocks and flows diagrams) kết hợp với CLD. Hình 1.19: Các vídụvề sơ đồ kho trữ vàluồng Kho (t) = Kho (t0) + [ Luồng vào (t) –Luồng ra (t)] dt Các kho làcác 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 làtất cả những gìlàtốc độ hay đạo hàm.
52. 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 cóthể hiểu biết sự tương tác giữa các biến theo thời gian. BOTG là đồ thị cócác 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: Vídụvề đồthị biểu thị động thái BOT
53. Các thông số xác định đặc trưng của BOTG Những đồ thị BOTG (đường cong biến đổi) trong các hệ thống cóthể 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
54. 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: Vídụvề đồthị kiểu diễn biến động thái họ hàm mũ
55. Kiểu diển biến của động thái Hình 1.23: Sáu kiểu diễn biến động thái theo thời gian Hình 1.24: Các kiểu diễn biến tiệm cận Hình 1.25: Một kiểu mục tiêu diễn biến hình chữ S
56. Kiểu diển biến của động thái Hình 1.26: Các kiểu diễn biến tiệm cận mục tiêu Hình 1.27: Một kiểu diễn biến hình chữ S
57. 6.2. Phân tích hệ thống 6.2.1) Mục tiêu đặt ra khi nghiên cứu hệ thống phân tích hệ thống thường lànhằm mục đích xem xét các thực thể, đối tượng thực (theo quan điểm lý thuyết hệ thống), nhận biết cấu trúc vàcác quy luật vận động của hệ thống để cóthể 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. Mục tiêu của bản thân hệ thống Mỗi hệ thống cómục tiêu vận hành riêng của nó Vd: Chiếc tivi cómục tiêu phát hình vàâm thanh Hệ sinh thái đô thị cómục tiêu phát triển bền vững Doanh nghiệp cómục tiêu kinh tế và môi trường
58. 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).
59. 6.2.3) Xác định quan điểm phân tích Quan điểm Kinh tế / Hê thống Kỹ thuật/ HT QL Môi trường/ HT Nghiên kế tóan tài Sản xuất quản lý MT cứu hệ chính thống Thành Phiếu thu chi, Bộ phận cung Hệ thống quan trắc, phần Phiếu nhập ứng, tiếp thị, hệ thống báo cấu trúc xuất, Tiền thu, sản xuất, vận cáo đánh giá, Bộ tiền chi, quỹ chuyển. . . phận sản xuất tồn, bảng sạch hơn. . . lương, quản trị thiết bị, vật tư. . . Động thái Tiền thu, chi, trả Sản lượng, năng Diễm biến chất lương, điện suất, Số lượng lượng môi nước, vật tư. . . hàng hóa nhập trường. xuất. .
60. 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
61. 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 cótrong hệ
62. Phương pháp trình bày cấu trúc hệ thống 1) Mô tả bằng lời văn, hình ảnh thuyết minh , hình vẽ Hình 1.32: Vídụ mô tả hệ thống bằng hình vẽ (Tiến trình biến đổi Ni tơ trong khíquyển) Ưu điểm của cách diễn đạt bằng hình vẻ làdễhiểu, nhược điểm làkhông diễn đạt hết thành phần vàmối quan hệ giữa các thành phần đối với các hệ thống lớn vàphức tạp.
63. 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: vídụ: hệ thống DLST bao gồm các tuyến . . . . vàcác điểm tham quan . . Ưu điểm của diễn đạt bằng lời văn làcóthể mô tả vàgiải thích tỷ mỹ các thành phần, mối liên hệ tương tác giữa các thành phần. Nhược điểm làdài dòng, không hấp dẫn người đọc. Thường được dùng để thuyết minh kết hợp với các cách khác.
64. Phương pháp trình bày cấu trúc hệ thống Hình 1.33: Vídụmô tả hệ Diễn đạt bằng sơ đồ khối thống bằng sơ đồ khối Khi sử dụng sơ đồ khối, cóthể 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 vàmối 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 khódiển đạt hết những quan hệ phức tạp, đa phương.
65. 6.2.5) Xác định ranh giới hệ thống: phân định giữa hệ thống và môi trường: Ranh giới này cóthể là: Vật chất –vật lý (biên giới tỉnh, thành phố, da cơ thể, vỏ máy ) Trừu tượng hay phi vật chất (như làhội viên của một tổ chức xã hội nào đó, đoàn viên, đảng viên, người cóvévào cổng, nhân viện khu DLST có đeo phùhiệu. . .). Ranh giới hệ thống rất quan trọng vìnhiều lý do: Các ranh giới bảo đảm vàxác định hệ thống như làmột tổng thể cómục đích . Các quan hệ giữa HT và môi trường của nódiễn 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 phícủa quátrình phân tích đánh giá.
66. Môi trường của một hệ thống làtổng 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 cómục đích chủ định. Các phần tử đókhông thuộc về hệ thống nhưng thể hiện cómối liên hệ với nóvàcác mối liên hệ đóphải cóý nghĩa đối với mục tiêu của hệ thống.
67. Hình 1.34: Sơ đồ diễn đạt phân tích cấu trúc vàxác định ranh giới hệ thống
68. 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 vàngoài 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 màkhi mô phỏng bằng toán học ta thường gọi làbiến số. Vídụ: Thức ăn, nước, không khí. . . làcác luồng đi qua cơ thể sinh vật. Nguyên vật liệu, tiền, nhân lực, trang thiết bị, thông tin thị trường làcác luồng đi qua một xínghiệp. Vật chất (dinh dưỡng khoáng, các chất vô cơ hữu cơ dưới dạng đất, nước vàkhông khí) và năng lượng (nhiệt, bức xạ mặt trời. . .) , chủng loài sinh vật (hạt giống, bào tử, động vật di cư ) làcác luồng đi qua các hệ sinh thái.
69. 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 vàngoài hệ thống [2] Hình 1.35: Biến trung gian làcác đại lượng tồn tại tạm thời trong hệ thống (bán thành phẩm, chất thải tại nhàmáy. . Biến vào (Input) của hệ thống được coi làtất cả những luồng gìmà 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 lànhững gìmàhệthống 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.
70. Hình 1.36: Vídụvềtiến trình
71. Hình 1.37: Vídụvềtiến trình trong hệ sinh thái
72. 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 làmột 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. Vídụ, 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 làsựdiễn 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 làBOT (behavior over time). Sử dụng BOTG để sơ đồ hóa hiểu biết vànhận thức của chúng ta về hệ thống . (Xem phần tư duy hệ thống).
73. 6.2.8) Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống (hierarchy) : vị trícủa hệ thống trong tổng thể vàphạm vi nghiên cứu: Các hệ thống thường cósựsắp xếp theo cơ cấu cấp bậc hình nhánh cây. Một hệ thống thông thường cóthể bao gồm các phân hệ, và bản thân hệ thống đócũng cóthể làphân hệ của hệ thống bậc trên. Việc xác định vị trícủa hệ thống trong tổng thể sẽ giúp ích rất nhiều trong việc giới hạn phạm vi nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học. Vídụ, 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) vàhệsinh 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 vàchỉ quan tâm trực tiếp HST đang nghiên cứu vànhững hệ sinh thái lân cận về mặt địa lý.
74. 6.2.8) Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống (hierarchy) : vị trícủa hệ thống trong tổng thể vàphạm vi nghiên cứu [2] Hình 1.38: Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống
75. 6.2.8) Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống (hierarchy) : vị trícủa hệ thống trong tổng thể vàphạm vi nghiên cứu [2] Vùng Đông Nam Bộ Thành phố Hồ ChíMinh Nội thành: quận x,y, Ngoại thành Đường phố Ruộng Đất nông nghiệp Nhà ở Hình 1.39: Cơ cấu cấp bậc của các hệ thống
76. 6.2.9) Tính trội hay tính ưu việt của hệ thống Tính trội của hệ thống làtính chất của một hệ thống màtính chất đókhông thể cótrong các phần tử riêng rẽ. Khi thiết lập một hệ thống như một cơ thể hữu cơ, cósự 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 cókhả năng tạo ra sinh khối vìtích hợp sinh vật và môi trường vật lý. Bản thân môi trường vật lý không tạo ra sinh khối vàsinh vật không tồn tại được nếu không có môi trường Doanh nghiệp kết hợp máy móc vànguyên nhiên liệu với họat động quản lý tạo ra sản phẩm vàdịch vụ, chất thải. . .
77. 9. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN HỆ THỐNG DÙNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG NGHIÊN CỨU VÀQUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
78. TiẾP CẬN HỆ THỐNG (System approach) Giải quyết vấn đề của hệ thống Trong thực tiễn cónhững trường hợp đòi hỏi chúng ta phát hiện vấn đề vàgiải quyết vấn đề phát sinh của hệ thống trong quá trình tồn tại vàphát triển của nó. Tùy theo tầm quan trọng của vấn đề màta quyết định cótiến hành phân tích hệ thống tòan diện hay không. Tiến cận hệ thống giúp tiết kiệm vàthời gian vàcông sức vì không phải làm việc thừa.
79. 9.1) Cách tiếp cận vấn đề đa ngành (multi -disciplinary problem approach) 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 vàthực hiện sự tích hợp giải pháp từng phần thành một hay nhiều giải pháp toàn cục. Hình 1.40: Cách tiếp cận đa ngành
80. 9.2) Cách tiếp cận vấn đề liên ngành (interdisciplinary problem approach) Làcách tiếp cận áp dụng bởi những người giải quyết vấn đề tối thiểu với kiến thức cơ bản của một vài đơn ngành vàmột xu hướng xác định vấn đề thay vìvới 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 vàgiải quyết với kiến thức chuyên ngành của chính mình. Hình 1.41: Cách tiếp cận liên ngành
81. 10. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG
82. 10.1. Khái niệm công nghệ hệ thống Thiết kế, xây dựng các hệ thống lớn, phức tạp Công nghệ hệ thống làmột cách tiếp cận liên ngành vàcác phương pháp cho phép thực hiện các hệ thống lớn, phức tạp thành công. Công nghệ hệ thống làmột phương pháp luận vận dụng lý thuyết hệ thống. Theo nghĩa cụ thể, công nghệ hệ thống làviệc thiết kế ra các công trình xây dựng, máy móc, thiết bị hay cả dây chuyền sản xuất vàcông nghệ nhằm đạt được các mục tiêu xác định trước.
83. 10.1. Khái niệm công nghệ hệ thống Công nghệ hệ thống đã cónhiều 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.
84. 10.2. Các giai đoạn của công nghệ hệ thống trong các dự án lớn phức hợp 1.Xác định các yêu cầu, mục tiêu hệ thống, phân tích hệ thống: các thành phần vàchức 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 cóchuyên môn thích hợp để thiết kế chi tiết 4.Tich hợp thành hệ thống tổng thể 5.Lắp đặt vàthi công thực hiện hệ thống 6.Vận hành thử nghiệm, hòan thiện hệ thống 7.Cải tiến hệ thống trong quátrình phát triển 8.Thu hồi, hủy bỏ hệ thống
85. Hình 1.42: Các tiến trình cơ bản trong công nghệ hệ thống
86. 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?