Phân tích hệ thống môi trường - Bài 1 docx

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... 1.1 Lĩnh vực nghiên cứu của phân tích hệ thống môi trườngĐánh gi

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

•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 sửdụng 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)

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 hệthống 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 cóthể 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

-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

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

Luận cứ dựa trên các phương pháp

chứng minh thí nghiệm trong

3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG

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 cónhững 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 thụrừng, 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 vàsinh 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)

Có sự trao đổi thông qua các thông tin - tín hiệu giữa “các phần tửthuộc hiện tượng, quá trình hay thực thể, đối tượng” với “môi

trường bên ngoài”, là tập hợp các yếu tố có ảnh hưởng đến sựtồn 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)

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

hình Truyền

Thương hiệu trên thị

trườngCông nghệ sản xuất

Chất thảiNguyên vật liệu

Lợi nhuậnLao động

Sản phẩm

Xí 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

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

Hình1.7:Một Hệthống 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, quátrình cụ thể nghĩa là đối tượng nghiên cứu của ĐKH không phải làmột 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 cách Tăng trưởng thể trọng

Tâm lý học Sinh lý học

Quan 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 lịch Kiến trúc cảnh quan

Thực vật học Quan 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 hệthống để giới hạn

hệ thành phần (Hệthống xét theo

thành phần)

Khi xây dựng hình ảnh nhận thức của

hệ thống theo kiểu

hệ thành phần, chúng ta xét tất cảcác kiểu quan hệgiữa các phần tử cótrong 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 gi ới 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 hệthống trong nhận thức đểphân 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 quátrình 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 thịBOT (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