Chương 1. Đại cương về hệ thống ppsx

Chương Đại cương hệ thống "Hệ thống tổng thể, trì tồn tương tác tổ phần tạo nên nó" (L.v.Bertalanffy, 1956) Các yếu tố hệ thống thường tham gia vào nhiều hệ thống khác Điều đòi hỏi thành tố phải thực tốt vai trò hệ thống mà đóng vai Tiếp cận hệ thống khơng hồn tồn đồng nghĩa với phương pháp phân tích hệ thống ngồi phần phương pháp (cịn phát triển hoàn thiện), tiếp cận hệ thống đề cập đến vấn đề lý thuyết hệ thống phương hướng ứng dụng lý thuyết thực tiễn 1.2 Các đặc tính chức hệ thống Tiếp cận hệ thống nhấn mạnh vào việc xác định mô tả mối liên kết yếu tố cấu tạo nên hệ thống tương tác chúng Một hệ thống tập hợp thành tố tương tác với Sự thay đổi thành tố dẫn đến thay đổi thành tố khác, từ dẫn đến thay đổi thành tố thứ ba Bất tương tác hệ thống vừa có tính ngun nhân, vừa có tính điều khiển Rất nhiều tương tác liên kết với thành chuỗi tương tác nguyên nhân - kết 1.2.1 Chức hệ thống Một hệ thống thường có nhiều chức năng, có chức nhiều chức phụ Ví dụ hệ cửa sơng vừa có chức lũ, vận tải thủy, ni trồng thủy sản cấp nước Các thành tố tạo nên hệ thống có chức riêng thuộc hai nhóm bản: - Chức kiểm sốt (gây biến đổi thành tố khác) - Chức bị kiểm soát (bị thành tố khác gây biến đổi) 1.2.2 Mạng phản hồi Còn gọi tượng đa nhân tố (Multi - factionality) Đó chuỗi tương tác nguyên nhân - kết đan xen lẫn Điều có nghĩa thành tố hệ thống khởi đầu chuỗi nguyên nhân - kết đan xen, làm cho thành tố mạng lưới trở nên có khả gây ảnh hưởng gián tiếp lên Cấu trúc gọi mạng lưới phản hồi Một hệ thống chứa nhiều mạng lưới phản hồi, số hay tất mạng phản hồi đan xen với nhau, thành tố hoạt động vừa với chức kiểm soát, vừa với chức bị kiểm sốt Hành vi thành tố, thế, kết hàng loạt yếu tố cạnh tranh Mạng phản hồi gọi mạng kích động (hay tích cực), tác động phản hồi lại thành tố ban đầu có tính kích thích nghĩa làm cho thành tố khởi phát chuỗi kiện tương tự tiếp theo; Mạng phản hồi gọi triệt tiêu (kìm hãm, tiêu cực) tác động phản hồi trở lại thành tố ban đầu có tính kìm hãm, nghĩa có xu kìm hãm thành tố ban đầu khơng cho khởi phát chuỗi kiện tương tự 1.2.3 Tính trồi Là đặc tính quan trọng hệ thống Tính trồi tính chất có cấp hệ thống mà khơng có hệ thống cấp thấp thành tố tạo hệ thống, ví dụ đồng hồ xác phận khơng có khả 1.2.4 Tính kiểm sốt thứ bậc Thứ bậc cấp độ phức tạp hệ thống Một hệ thống luôn tạo thành từ hệ thống (bậc dưới), lại thành tố hệ thống lớn (thượng hệ - bậc cao hơn) Vì hệ thống ln có tính thứ bậc Kiểm sốt thứ bậc áp đặt chức mới, ứng với thứ bậc, so với thứ bậc thấp Sự kiểm sốt có tính kích động (khi số hoạt động hoạt hóa), có tính kìm hãm (khi số hoạt động trở nên trì trệ) Một thách thức hệ thống mơi trường tự kìm hãm đáng (tạo khả thích ứng trước hồn cảnh mới) tự kiểm sốt hời hợt (giảm suất hệ thống, tạo rủi ro trình nội lực hệ thống vượt khỏi ranh giới hệ thống, gây tan rã hệ) 1.2.5 Tính lan truyền thơng tin Lan truyền thông tin nhằm gây tác động điều chỉnh phản hồi Thông tin lan truyền từ tác nhân điều khiển đến tác nhân bị điều khiển để thực chức kiểm soát tác nhân điều khiển Thông tin cần phải lan truyền ngược từ tác nhân bị điều khiển đến tác nhân điều khiển làm cho tác nhân điều khiển có khả giám sát phục tùng tác nhân bị điều khiển, từ điều chỉnh hoạt động giám sát tương lai Mạng phản hồi kích động kìm hãm, đó, cốt lõi q trình lan truyền Nếu tác nhân bị điều khiển không tạo đáp ứng phù hợp trước tín hiệu cuối phát từ tác nhân điều khiển, tác nhân điều khiển phải phát lại tín hiệu tăng cường tín hiệu Nếu tác nhân bị điều khiển đáp ứng thái q tác nhân điều khiển phải gửi tín hiệu điều chỉnh để kìm hãm bớt 1.2.6 Tính ì tính hỗn loạn Tính ì ổn định trạng thái giúp hệ thống tách khỏi trạng thái khác Khi trạng thái ì, hệ thống có xu trì ngun trạng có tác động bên đủ mạnh biến đổi bên đủ mạnh để chuyển hệ thống khỏi trạng thái ì ban đầu Lực ì mạnh yếu Một hệ thống vận hành qua loạt trạng thái ì, vượt qua trạng thái (mỗi trạng thái ì địi hỏi hệ phải dừng khoảng thời gian) Tính hỗn loạn hành vi hỗn loạn dự báo xảy bên hệ xác định Những hành vi nhạy cảm với thay đổi nhỏ, khiến cho dự báo hành vi dài hạn hệ cách không xác Bertalanfyy (1969) người xây dựng khái niệm hệ cô lập hệ mở [9] Sự phân biệt hệ cô lập hệ mở phụ thuộc vào tính chất nhiệt động lực học cần phải nhắc lại quy luật vật lý quan trọng nhất, định luật thứ hai nhiệt động lực học Định luật cho rằng, “Nếu không cung cấp thêm lượng, tồn hệ thống chuyển từ trạng thái có trật tự sang trạng thái hỗn loạn” Đây định luật cốt lõi lý thuyết Hệ thống Rõ ràng là, số tất cách có dùng để xếp tổ phần tạo hệ thống, hệ thống bơng hoa hay máy tính, dạng hình thái - vốn cấu trúc có trật tự tạo hệ thống có chức riêng biệt - lại khơng điển hình nhất, phần lớn dạng hình thái thực chẳng có mớ hỗn độn phần tử riêng biệt Định luật thứ hai rõ rằng, “Theo thời gian, hệ thống có trật tự cao bị xuống cấp thành hệ thống có trật tự thấp Lượng “vơ trật tự” hệ thống đo lường gọi entropy hệ thống” Định luật thứ hai nói rằng, entropy hệ thống không cung cấp lượng, chắn tăng theo thời gian Điều giải thích vật bị phân hủy bị tiêu vong Sự sống trình giảm entropy Hệ thống sống có khả xây dựng, tái sinh tạo trật tự Lý cho sống tồn Trái Đất ln ln mặt trời cung cấp lượng Chính lượng Mặt Trời cho phép entropy giảm tăng lên Xuất phát từ phân tích trên, phân tích khác biệt hệ lập hệ mở Hệ lập có thành phần không thay đổi, không tương tác với môi trường Chúng cuối đạt đến trạng thái cân bằng, ln vận động theo hướng có entropy cao khơng cung cấp thêm lượng Nói có nghĩa hệ lập thường đạt đến điểm mà khơng có thay đổi Hệ mở, ngược lại, trao đổi liên tục với mơi trường Sự trao đổi bao gồm vật chất, lượng thông tin Hệ mở đạt đến trạng thái ổn định tuỳ thuộc vào mối quan hệ trao đổi liên tục với mơi trường trì, khiến cho hệ có khả tạo trì trạng thái có entropy thấp Điều có nghĩa số hệ mở trì tính tồn vẹn chúng điều ln ln kèm theo gia tăng entropy 1.2.7 Cân hệ thống Cân ổn định Với hệ thống mở cân động Tồn hệ thống sống hệ mở Tất nhiên mơi trường hệ thống sống tồn tại, tự khơng hồn tồn ổn định, hệ thống sống buộc phải cố trao đổi ổn định hợp lý với nguồn tài nguyên vốn ln biến động theo thời gian Điều có nghĩa hệ thống sống thứ bậc sinh thái hệ thống sống phải trì q trình lan truyền kiểm sốt cho chúng giám sát ứng xử với xáo trộn môi trường sống thực tế Cần ý việc kiểm sốt có hiệu quả, mơi trường đầy biến động, địi hỏi hệ thống phải có chế kiểm soát với nhiều kiểu ứng xử thích hợp với kiểu đa dạng thơng tin môi trường Hiện tượng gọi định luật biến đổi cần thiết Các biến đổi gọi cần thiết để trì ranh giới/ ngưỡng an toàn hệ thống 1.3 Xác định hệ thống Có số bước cần điểm qua xây dựng mơ hình hệ thống: Xác định yếu tố gắn kết hệ thống xác định nguyên tắc gắn kết Một số hệ thống chức tổ chức sở đặc biệt, có thành tố khác tuỳ thuộc vào mục tiêu hệ thống Xác định chế kiểm soát, nhờ mà hệ thống trì gắn bó yếu tố khoảng giá trị mà chế vận hành Các hệ thống sinh thái môi trường thường đặc trưng tính rườm rà, vốn thường dùng nhiều cách kiểm sốt khác Ví dụ hệ thống mơi trường có cách trì cân bằng: hướng dẫn, chế tài, kinh tế, quy hoạch, v.v Xác định ranh giới hệ Ranh giới hệ định nguồn vào ví dụ hệ môi trường, xã hội kinh tế, vốn tạo giới mà sống Điều có nghĩa cần phải đánh giá sai sót rủi ro liền với tất kết dự báo Việc tính tốn rủi ro tự kèm với sai sót Những chỗ mập mờ rộng, ảnh hưởng đến kết sách Ngoài ra, kết lại chứa rủi ro khác tuỳ theo phân bổ khác chi phí lợi ích Điều có nghĩa cần phải xem xét mặt kỹ thuật trị phép phân tích xác suất rủi ro Có vấn đề kỹ thuật kèm với việc đánh giá rủi ro, kể hệ thống nhân tạo vốn coi biết rõ Trong trường hợp hệ thống tự nhiên phức tạp thường không hiểu rõ, việc đánh giá rủi ro thực khó khăn 1.9 Phi tuyến điểm tới hạn Phân biệt hệ phi tuyến hệ tuyến tính vấn đề quan trọng Tuy nhiên tự nhiên, hệ tuyến tính trường hợp hãn hữu Thông thường, hậu sức ì, nhiều hệ thống tự nhiên nhân tạo thường biến đổi theo quỹ đạo chữ S (Hình 1) gồm giai đoạn: Møc ®é ã tăng trởng ã 2ã 1ã Hỡnh Thời gian Đường cong chữ S coi ghép nối đoạn thẳng (tuyến tính) nối với đoạn cong [9] Giai đoạn ì: khơng tăng trưởng (tuyến tính) Tăng trưởng theo hàm mũ Tăng trưởng theo hàm tuyến tính Bão hòa: mức tăng trưởng giảm dần Hầu khơng tăng trưởng (tuyến tính) Điểm tới hạn điểm mà kể từ hệ thay đổi đột biến hành vi Ví dụ điểm bắt đầu sinh trượt ta tăng dần góc nghiêng sườn dốc Điểm bắt đầu xung đột tăng dần mức độ mâu thuẫn cộng đồng Điểm phân nhánh dạng đặc biệt điểm tới hạn, hệ thay đổi hành vi cách liệt (mạnh mẽ) Tập hợp điểm tới hạn tạo thành ngưỡng an toàn hệ thống Kể từ ngưỡng an toàn, hệ thống chuyển sang giai đoạn cố 1.10 Không gian pha chuyển pha Vấn đề cốt lõi tính bền vững diễn tả thuật ngữ “không gian pha” Không gian pha không gian trừu tượng có số chiều tổng tham số cần thiết để mô tả trạng thái hệ động lực Số chiều khơng gian pha số nguyên số thập phân Trường hợp số chiều thập phân ta có khơng gian gồ ghề, cịn gọi khơng gian Fractal Một điểm khơng gian pha biểu diễn trạng thái hệ thời điểm chọn Khi hệ tiến hóa, điểm vẽ lên không gian pha qũy đạo phức tạp Không thể khảo sát không gian pha nhiều chiều, người ta khảo sát hệ tọa độ phẳng chiều, ứng với cặp tham số lựa chọn Mặt phẳng có tên mặt phẳng Poincarê chương 3, nói đến mặt phẳng SAM cho phép khảo sát đa chiều lúc, mặt phẳng phản ánh trạng hệ thống thời điểm định SAM thiếu chiều thời gian Một hệ thống phức tạp, ví dụ Trái Đất gồm nhiều phân hệ phức tạp tương tác với sinh học, sinh thái, xã hội, kinh tế biểu diễn thời gian điểm không gian pha rộng lớn mà trục yếu tố kiểm sốt tọa độ điểm giá trị hệ (xem hình 2) Về mặt kỹ thuật, tất biến số kiểm soát độc lập đưa vào dạng trục tọa độ không gian pha, mà trạng thái hệ hồn tồn xác định dựa vào điểm khơng gian pha mà hệ đăng ký, xác định toàn diện lịch sử tương lai hệ pH pH pH A pH pH - B pH pH C pH pH pH iiiiii ii toC Hình Đường cong chữ S cú thể coi ghộp nối đoạn thẳng (tuyến tớnh) nối với đoạn cong [9] Giai đoạn ỡ: khụng tăng trưởng (tuyến tớnh) Tăng trưởng theo hàm mũ Tăng trưởng theo hàm tuyến tớnh Bóo hũa: mức tăng trưởng giảm dần Hầu khụng tăng trưởng (tuyến tớnh) Điểm tới hạn điểm mà kể từ đú hệ thay đổi đột biến hành vi Vớ dụ điểm bắt đầu sinh trượt ta tăng dần gúc nghiờng sườn dốc Điểm bắt đầu xung đột tăng dần mức độ mõu thuẫn cộng đồng Điểm phõn nhỏnh dạng đặc biệt điểm tới hạn, đú hệ thay đổi hành vi cỏch liệt (mạnh mẽ) Tập hợp cỏc điểm tới hạn tạo thành ngưỡng an toàn hệ thống Kể từ ngưỡng an toàn, hệ thống chuyển sang giai đoạn cố Hình Quỹ đạo hệ lý thuyết theo mặt cắt chiều (mặt phẳng Poincarê) khơng gian pha Nhiều chu kỳ xuất quỹ đạo gần không lặp lại (tính khơng xác định Vũ Trụ) [9] Hệ thống Trái Đất số phương diện giống hệ sinh học Điểm khác quan trọng hệ Trái Đất tự nhân Tuy nhiên, Trái Đất tiến hóa thích ứng, thức có khác Các trạng thái hệ tiến hóa Trái Đất du hành khơng gian pha (Hình 4) Có khuynh hướng chung tất hệ thống di chuyển phía trạng thái ổn định Tất nhiên ổn định tương đối Khơng có trạng thái ổn định tuyệt đối hệ dừng lại vùng ổn định ln ln trạng thái vận động Hình Khi Trái Đất vận động không gian pha, vùng sinh tồn nhân loại có xu diễn biến theo quỹ đạo cong, thay đổi hình dạng theo trình vận động Trái Đất Điều kết biến đổi tiến hóa thích ứng, đồng thời kết phát triển công nghệ Tuy nhiên khơng có đảm bảo vùng sinh tồn có khả theo sát quỹ đạo cong cách thành cơng; di chuyển nhanh theo sát khó khăn không chắn [9] Tương tác người mơi trường suy xét từ di chuyển hệ Trái Đất dọc theo trục khác không gian pha cách đồng thời Nếu điều xảy tốc độ vượt tốc độ mà hệ thống khác thích ứng tức vượt khả theo kịp vùng bền vững khơng gian pha, hệ khác bị hủy diệt Sự sống Trái Đất nhiều lần bị hủy diệt suốt lịch sử sống 500 triệu năm qua Sự ấm lên tồn cầu ví dụ điển hình Nhiệt độ Trái Đất tăng 1oC lớp phủ thực vật thân gỗ tiến phía địa cực khoảng 200 km Tốc độ di cư thảm rừng vào cuối giai 100 km/ 100 năm Giả sử tốc độ ấmđoạn băng hà cuối khoảng 20 lên toàn cầu nhanh 100 lần, nhiều lồi khơng thể di cư phía địa cực với tốc độ nhanh vậy, chắn giới thực vật bị khủng hoảng trầm trọng Từ đó, giới động vật, cuối người xã hội bị đe dọa thảm họa 1.11 Tính mềm mại hệ thống Vấn đề cốt lõi phân tích phát triển sách kinh tế trị nhằm tiến đến cách sống bền vững tính mềm mại (flexibility), tức tiềm không liên kết chặt tạo hội cho thay đổi Nếu biến số kiểm soát tới hạn nằm ranh giới khoảng an tồn, việc suy giảm tính mềm mại chắn lan tràn Cứng nhắc khó biến đổi khó thích ứng Bùng nổ dân số cách làm suy giảm tính mềm mại, đặc biệt trường hợp liên kết với yếu tố tai biến nạn đói hay dịch bệnh Để giải vấn đề tính bền vững, phải giải hai vấn đề lúc: Tính mềm mại cần phát hay tạo để bảo vệ thích hợp Phải ngăn ngừa việc làm suy giảm tính mềm mại lại xuất thêm tương lai 1.12 Các mức độ bền vững hệ thống kinh tế xã hội Vấn đề quan trọng cần phải làm rõ liệu tất quốc gia khu vực cần phải bền vững cách nghiêm ngặt, bền vững tiềm hay không Khái niệm trạng thái bền vững quốc gia cộng đồng với giá trị kinh tế, trị xã hội quan trọng Các trình địa chất sinh học tạo nên Trái Đất với hai loại tài nguyên tái tạo không tái tạo, lại không phụ thuộc vào ranh giới hành hay ranh giới quốc gia, trường hợp lý tưởng, quốc gia cần phải bền vững Bởi mức độ tính bền vững, từ mức cá nhân, hãng, vùng, quốc gia, đại lục liên minh kinh tế, có nhiều yếu tố phát triển có nguồn gốc từ bên ngồi Chỉ có yếu tố định phát triển toàn cầu yếu tố bên hệ thống Trái Đất Vì mặt lý thuyết, nói đến tính bền vững nói đến phạm vi tồn cầu Tuy nhiên tình hình thực tế lại không Chấp nhận cịn chưa có cách ứng xử tồn cầu có hiệu quả, thiếu cấu trúc chế để áp dụng thay đổi có ý nghĩa nào, buộc phải giải nhiệm vụ khó khăn phải cách để phát triển theo hướng bền vững phạm vi quốc gia, khu vực vùng Từ nảy sinh nguyên tắc tiếng phát triển bền vững “Nghĩ - Toàn cầu, Làm - Địa phương” Cần phải chia nhỏ vấn đề nan giải nói thành hai giai đoạn, gọi mức độ hệ thống mức độ dự án Đó yếu tố quan trọng hệ thống nói chung đo lường mức độ hệ thống Các yếu tố cấp dự án kiểm soát phần lựa chọn mức độ thấp, làm chuyển dịch tác động sang phần khác hệ thống Giả dụ Hoa Kỳ cắt giảm 1/2 lượng tiêu thụ dầu mỏ, lợi nhuận toàn cầu giảm nghiêm trọng quốc gia khác tăng cường việc giảm giá dầu, điều dẫn đến việc giảm tiêu thụ tương ứng nước Về mặt nguyên tắc, đạt kiểm sốt tồn diện số cách, ví dụ triển khai cơng cụ kinh tế thích hợp để tăng giá nguồn tài nguyên, thực quy định trực tiếp kiểm soát, cấm sử dụng vài dạng tài nguyên Một ví dụ việc áp dụng sách bền vững cấp hệ thống thuế cacbon, thuế lượng Thứ thuế tác động đến việc sử dụng lượng tiết kiệm có hiệu hệ thống Vấn đề thực tế nảy sinh dự án riêng biệt đánh giá khả đóng góp chúng vào tính bền vững chung hệ Bởi lẽ dự án nhằm vào phần nhỏ hệ mà thôi, việc đánh giá thích hợp xác vai trị dự án tồn hệ khó khăn Ví dụ dự án làm giảm phúc lợi mức địa phương tại, lại đóng góp tăng cường phúc lợi mức rộng hơn, thời gian sau tương lai Một dự án phát triển phong năng, rõ ràng có lợi, lại gây thiệt hại cho tiện nghi môi trường địa phương lắp đặt trạm Một vấn đề thực tế làm cách để thiết lập “dự án bền vững” bối cảnh trật tự kinh tế vốn không bền vững Trong giai đoạn triển khai dự án, kiểu mẫu tiêu chuẩn đầu tư dẫn đến dòng âm (dòng vào) vốn đầu tư Đây vững bền mặt kinh tế, dự án bền vững khơng thể phụ thuộc vào nguồn tài nguyên thu hút từ vùng khác Như vậy, dự án bền vững giai đoạn hồn chỉnh chắn phải tạo dịng vốn trung tính dịng Để đạt điều đó, dự án phát triển cần phải dựa trên: Tăng cường nhu cầu người tiêu dùng sản phẩm dịch vụ có tiêu chuẩn đạo đức môi trường cao Sử dụng công cụ kinh tế mơi trường để phân bổ đắn chi phí môi trường Sử dụng công cụ luật pháp để cấm sản phẩm hành động có hại đến môi trường Tiếp cận xã hội học cần coi trọng phát huy lúc với tiếp cận công nghệ, kỹ thuật hay kinh tế Câu hỏi thảo luận chương Tại nói "có tồn trật tự nhiễu loạn"? Trật tự lại xuất xuất nào? Nhiễu loạn có vai trị tiến hóa hệ động lực? Có mối liên quan tính trồi chức hệ thống? Tại hệ thống đa chức đa chiều? Tại phần lớn hệ thống lại hệ thống gồ ghề? Những hệ thống có entropy âm? Quan hệ entropy lượng thơng tin hệ thống? Vai trị mơi trường bên hệ thống mở? Một hệ thống mở có khả xuất entropy sang hệ thống khác không? ... thượng hệ hệ (thượng hệ hệ thống cấp bậc cao mà hệ xét phân hệ nó) Khơng có sơ đồ phân loại hệ thống coi khuôn mẫu thường hệ thống giống hệ thống kinh tế Đôi người ta phân biệt hệ thống sống hệ thống. .. không sống, hệ thống trừu tượng hệ thống cụ thể, hệ mở hệ cô lập Cũng chia thành hệ sở, hệ điều hành, hệ mục tiêu hệ kiểm soát Các hệ thống gộp thành nhóm là: 1) Các hệ tự nhiên 2) Các hệ khí (máy... hệ thống? Tại hệ thống đa chức đa chiều? Tại phần lớn hệ thống lại hệ thống gồ ghề? Những hệ thống có entropy âm? Quan hệ entropy lượng thông tin hệ thống? Vai trị mơi trường bên ngồi hệ thống