Học thuyết hệ thống (System theory)

Thuyết hệ thống (System Theory) khởi đầu từ nghiên cứu hệ thống tổng quát của Bertalarffy (1933) về hệ thống mở và các trạng thái cân bằng động. Sau đó, thuyết dần được chuyên sâu dưới các góc độ sinh học, kỹ thuật, điều khiển học… và dần hoàn thiện phù hợp với các quy luật phát triển của khoa học và xã hội. Thuyết hệ thống hay khoa học hệ thống nghiên cứu liên ngành về hệ thống, mỗi hệ thống được xem là một thực thể bao gồm nhiều thành phần liên quan và phụ thuộc lẫn nhau. Vì vậy, thay đổi của bất cứ thành phần nào của hệ thống đều ảnh hưởng đến các thành phần khác và tác động đến toàn bộ hệ thống. Ngày nay, thuyết hệ thống đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực nhằm nâng cao hiệu quả tổ chức hoạt động như giáo dục, quản lý doanh nghiệp, ứng dụng kỹ thuật… Thuyết hệ thống là một phần cơ bản và là phương tiện phân tích tổ chức. Lý thuyết hệ thống không bị giới hạn trong vai trò là khung lý thuyết cho các hành động của con người. Tuy nhiên, không thể phủ nhận rằng sự xuất hiện của các lý thuyết này cung cấp cho con người một kỷ nguyên mới để phân tích doanh nghiệp trong tổng thể vận hành của ngành, quốc gia, thế giới mà nó tồn tại và phát triển. Mặc dù xuất hiện và được nghiên cứu từ khá sớm, thuyết hệ thống ngày càng thể hiện vai trò và tiếp túc được phát triển khi đặc biệt phù hợp với bối cảnh hội nhập và toàn cầu hóa hiện nay.

THUYẾT HỆ THỐNG

Thuyết hệ thống (System Theory) khởi đầu từ nghiên cứu hệ thống tổng quát của Bertalarffy (1933) về hệ thống mở và các trạng thái cân bằng động Sau đó, thuyết dần được chuyên sâu dưới các góc độ sinh học, kỹ thuật, điều khiển học… và dần hoàn thiện phù hợp với các quy luật phát triển của khoa học và xã hội Thuyết hệ thống hay khoa học hệ thống nghiên cứu liên ngành về hệ thống, mỗi hệ thống được xem là một thực thể bao gồm nhiều thành phần liên quan và phụ thuộc lẫn nhau Vì vậy, thay đổi của bất cứ thành phần nào của

hệ thống đều ảnh hưởng đến các thành phần khác và tác động đến toàn bộ hệ thống Ngày nay, thuyết hệ thống đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực nhằm nâng cao hiệu quả tổ chức hoạt động như giáo dục, quản lý doanh nghiệp, ứng dụng kỹ thuật…

Chương này nghiên cứu thuyết hệ thống, từ đơn giản đến phức tạp, những ràng buộc, các điều kiện và nguyên tắc của thuyết hệ thống (mục đích, biện pháp, công cụ…) ở mọi cấp

độ, mọi lĩnh vực nhằm tối ưu hóa hiệu quả ứng dụng trong thực tế Chương được tổ chức thành ba phần Phần đầu giới thiệu định nghĩa và bản chất của hệ thống; phần hai đi sâu trình bày về các loại hệ thống đã được nghiên cứu; và phần cuối về sự thay đổi hay phát triển của

hệ thống phù hợp với nhu cầu và mục đích thực tiễn hướng đến

1 ĐỊNH NGHĨA VÀ BẢN CHẤT VỀ HỆ THỐNG

1.1 Định nghĩa hệ thống

Thuật ngữ “hệ thống” (system) được hiểu theo nhiều quan điểm khác nhau Cụ thể, hệ thống có thể hàm ý hệ thống các con số, các phương trình; hệ thống giá trị và tư tưởng; hệ thống pháp luật; hệ thống năng lượng; hệ thống quản lý, chỉ huy và kiểm soát … Dưới mỗi góc độ tiếp cận, thuật ngữ “hệ thống” được định nghĩa theo các cách khác nhau; tuy nhiên, một cách khái quát, hệ thống đều mang ý nghĩa là một tổng thể hợp nhất Theo quan điểm của nhà sáng lập và là người đặt nền móng cho thuyết hệ thống tổng quát Bertalandffy, hệ thống

được định nghĩa là “một tập hợp các phần tử tương tác với nhau nhằm duy trì sự tồn tại và

này nhấn mạnh yếu tố quan trọng tạo nên một hệ thống chính là “tập hợp” hay chính là sự hợp nhất của các đơn vị có mối liên hệ mật thiết với nhau Mỗi một đơn vị đều được kết hợp chặt chẽ và chịu sự tác động bởi đơn vị khác Điều này góp phần tạo điều kiện thuận lợi hay hạn chế sự phát triển trong hệ thống (Miller, 1973, p.68)169 Theo cách ngắn gọn hơn, Boulding (1985) cho rằng hệ thống là bất cứ thứ gì đó không mang tính hỗn loạn; trong khi đó, theo quan điểm nghiêm ngặt của Giáo hội phía tây (West Churchman), hệ thống là một cấu trúc được tổ chức bởi các thành phần Ngoài ra, một định nghĩa về hệ thống mang tính khoa học hơn được đưa ra bởi Ackoff (1981) Cụ thể, ông cho rằng hệ thống là một tập hợp của hai hay nhiều yếu tố thỏa mãn ba điều kiện sau:

(1) Hành vi của mỗi yếu tố có ảnh hưởng đến hành vi của tổng thể;

(2) Hành vi của các yếu tố và mức độ tác động của chúng lên toàn bộ hệ thống là phụ thuộc lẫn nhau;

(3) Tất cả các nhóm nhỏ được hình thành trong hệ thống đều có ảnh hưởng đến hành vi của toàn bộ hệ thống nhưng không tác động độc lập lên nhóm đó

Quan điểm về hệ thống của Hitchins (1992) được giới học giả đánh giá là khoa học và thực tế Cụ thể, ông định nghĩa hệ thống là một tập hợp các thực thể liên quan đến nhau nhằm giảm bớt yếu tố cá thể

Nhìn chung, các quan điểm trên đều đồng thuận rằng hệ thống là toàn bộ tổ chức, trong

đó các bộ phận có liên quan với nhau, tạo ra các đặc tính nổi và có một số mục đích nhất định Tập hợp các phần tử này tác động qua lại lẫn nhau, tạo thành một cấu trúc, một chỉnh thể nhất định nhằm thực hiện mục tiêu chung dưới tác động qua lại giữa nội bộ các phần tử và môi trường bên ngoài Tổ chức bao gồm các thành phần phụ thuộc lẫn nhau (hay chính là các tiểu

hệ thống), có khả năng tương tác lẫn nhau để tạo thành một thể thống nhất Tổ chức có khả năng thay đổi các tiểu hệ thống và quá trình thay đổi này tương đối phức tạp Một cách đơn giản, tổ chức bao gồm các cá nhân cùng nhau làm việc để đạt được mục tiêu chung của tổ chức; các cá nhân này lại làm việc theo các nhóm, phòng ban khác nhau (tiểu hệ thống) và có quan hệ phụ thuộc lẫn nhau Đồng thời, tổ chức cũng được xem là một tiểu hệ thống của các

tổ chức lớn hơn như ngành công nghiệp, khu kinh tế hay xã hội

1.2 Môi trường, ranh giới và yếu tố thời gian

Môi trường (environment) là tất cả những gì nằm ngoài hệ thống đang nghiên cứu

nhưng có quan hệ tác động đến hệ thống, được chia thành môi trường bên trong và môi

trường bên ngoài hệ thống Theo Miller (1973, p.64), môi trường “là những gì tồn tại trong

169

The state of each unit is constrained by, conditioned by, or dependent on the state of other units

một không gian xác định đối với hệ thống tập trung”170 Môi trường có thể tồn tại dưới một số dạng cụ thể như: không gian thực tế (pragmatic space), không gian tri giác (perceptual space), không gian tồn tại (existential space), không gian nhận thức (cognitive space), không gian trừu tượng (logical or abstract space), không gian lý thuyết (conceptual spaces), và không gian vật lý (physical space)

Không gian thực tế (pragmatic space) là tập hợp những hành động thể chất nhằm kết nối

hệ thống sống với môi trường tự nhiên và hữu cơ của nó Không gian tri giác (perceptual space) là định hướng tức thời để định hình một thực thể có ý thức Không gian tồn tại (existential space) hình thành nên môi trường cá nhân ổn định và kết nối môi trường này với

xã hội có bản sắc văn hóa đặc thù Không gian nhận thức (cognitive space) là những kinh nghiệm có ý thức về thế giới vật chất; trong khi đó, không gian trừu tượng (logical or abstract space) thuộc môi trường bao gồm các hệ thống trừu tượng nhằm cung cấp công cụ để mô tả những hệ thống khác

Theo ý nghĩa toán học, định nghĩa chung nhất về không gian được đưa ra là tập hợp các yếu tố phù hợp với một số yêu cầu nhất định Không gian lý thuyết (conceptual spaces) có thể bao hàm bất kỳ một con số nào, còn không gian vật lý (physical space) là phần mở rộng xung quanh một điểm Hình học cổ điển ba chiều của Eculid được đánh giá là mô tả chính xác nhất tất các vùng trong không gian vật lý Tuy nhiên, lý thuyết tương đối tổng quát hiện đại đã chỉ

ra rằng không gian vật lý được mô tả chính xác hơn bằng hình học bốn chiều (trong đó có không gian 3 chiều và 1 chiều thời gian)

Thông qua tác động qua lại liên tục giữa hệ thống và môi trường, môi trường sẽ ảnh hưởng đến hệ thống và ngược lại Khi đề cập đến các hệ thống xã hội, sự tương tác này thể hiện rõ ràng theo từng cặp (hệ thống ­ môi trường) như tập thể ­ cá nhân, tâm hồn ­ thể chất, ý thức ­ tiềm thức Đối với mỗi hệ thống, sự tác động giữa các cặp trên đây thể hiện ở mỗi khía cạnh khác nhau Chính vì vậy, khi nghiên cứu, đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống cần xem xét kỹ mức độ tác động của môi trường đến hệ thống

Để xác định môi trường của hệ thống, ranh giới (boundary) phải được xác lập để phân biệt các hệ thống cũng như môi trường tác động Ranh giới “bao quanh hệ thống, theo đó cường độ của các tương tác qua ranh giới này ít hơn so với các tương tác trong hệ thống”

(Skyttner, 2006, p.70)171 Thông thường, ranh giới cho phép xác định những phần tử, yếu tố thuộc hay không thuộc hệ thống đang xem xét Để vượt qua ranh giới này, các phần tử thường mang một tính chất khác biệt hoặc được chuyển đổi theo cách thức nào đó Trong hệ thống

thông tin, các ranh giới sẽ có một mã hóa và cách giải mã khác nhau để phân biệt với các ranh giới khách Tuy nhiên, các hệ thống không phải lúc nào cũng tồn tại ranh giới rõ ràng; vì vậy, khía niệm bối cảnh ra đời biểu thị khu vực với các ranh giới tồn tại xung quanh hệ thống (Skyttner, 2006)

Trong không gian hình học bốn chiều về hệ thống, thời gian (time) đuợc xem là chiều

thứ tư, thể hiện tính liên tục của không gian vật chất Thời gian (time) được định nghĩa “là khoảnh khắc hoặc khoảng thời gian cụ thể mà tại đó có một cấu trúc tồn tại hay một quá trình

gian, tốc độ và gia tốc, đơn vị thời gian thông thường như giây, phút, ngày, năm được xem là phù hợp nhất Một hệ thống cụ thể có thể di chuyển theo bất kỳ hướng nào trong không gian, nhưng về mặt thời gian thì chỉ có thể tiến theo một chiều nhất định (Miller, 1973)

Trong một hệ thống, các phần tử có thể được kết nối với nhau trong một khoảng thời gian nhất định Nếu mối liên kết này chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian đặc biệt thì cấu trúc đa phương này được gọi là cấu trúc tạm thời, còn nếu liên kết diễn ra không liên tục thì

hệ thống mang cấu trúc chu kỳ

1.3 Cấu trúc và độ phức tạp

Cấu trúc của hệ thống (the structure of a system) “là sự sắp xếp các phần tử, hệ thống

này luôn luôn thay đổi theo thời gian, có thể tồn tại trong một khoảng thời gian dài, hoặc có thể thay đổi liên tục theo từng thời điểm phụ thuộc vào đặc điểm của quá trình diễn ra bên trong hệ thống Theo đó, khoảnh khác diễn ra thay đổi cấu trúc hệ thống sẽ tạo nên hình ảnh không gian cấu trúc 3 chiều rõ nét nhất Tất cả những thay đổi cấu trúc hệ thống tao nên một quá trình, diễn ra liên tục tạo nên giá trị lịch sử

Theo cách cụ thể hơn, cấu trúc của hệ thống là hình thức cấu tạo bên trong của hệ thống, bao gồm trật tự sắp xếp các phần tử và mối quan hệ xác định được thiết lập giữa các phần tử với môi trường theo đặc điểm và cơ chế nhất định Hiểu rõ được cấu trúc của hệ thống cũng chính là hiểu được quy luật sinh ra các phần tử và các mối quan hệ tồn tại giữa chúng trong một khoảng không gian và thời gian nhất định

Cấu trúc hệ thống có thể có nhiều loại, tùy thuộc vào mối quan hệ liên kết và chuyển hóa của các phần tử bên trong cụa hệ Dựa trên đặc điểm này, cấu trúc hệ thống có thể phân loại thành cấu trúc cơ học, cấu trúc sinh học, cấu trúc hóa học…Ngoài ra, dựa vào tính chặt chẽ trong mối liên kết cấu trúc hệ thống có thể phân thành cấu trúc chặt chẽ, cấu trúc lỏng lẻo; cấu trúc hiện (được hình thức hóa một cách rõ nét) và cấu trúc mờ (không được hình thức hóa hoặc không rõ ràng); cấu trúc một cấp và cấu trúc phân cấp…

172

the particular instant at which a structure exists or a process occurs

Về cấu trúc, hệ thống có một số đặc điểm sau: Thứ nhất, cấu trúc hệ thống tồn tại như

một thành phần có tính ổn định tương đối của hệ thống Và nhờ có cấu trúc mà hệ thống có thể đảm bảo trạng thái cân bằng cho toàn bộ các phần tử trong hệ thống Cấu trúc hệ thống mang tính ổn định tương đối, do đó, khi mối liên hệ giữa các phần tử và mối liên hệ thay đổi đến một mức nhất định nào đó thì cơ cấu hệ thống sẽ thay đổi Để sự thay đổi cơ cấu không gây khó khăn, bị động trong việc thực hiển các chức năng thì các nhà quản lý cần phải tiến

hành quản lý chặt chẽ sự thay đổi của hệ thống Thứ hai, một hệ thống thực tế có thể có rất

nhiều cấu trúc khác nhau, tùy theo các dấu hiệu, góc độ quan sát (vật lý, sinh học, công

nghệ…) tạo nên tính chồng chất trong cơ cấu hệ thống Thứ ba, khi đã xác định được cơ cấu

của một hệ thống cần nghiên cứu thì nhiệm vụ nghiên cứu được tập trung vào việc lượng hóa các thông số đặc trung của các phần tử và mối quan hệ giữa chúng Khi cơ cấu hệ thống khó xác định thì việc nghiên cứu chủ yếu chỉ dừng lại ở mức độ định tính Khi áp dụng lý thuyết

hệ thống vào nghiên cứu thực tế, một hệ thống cần được nghiên cứu dựa trên cả hai yếu tố định tính và định lượng (Miller, 1973)

Ngoài việc mỗi hệ thống có thể có một hay nhiều cấu trúc nhất định, hệ thống còn mang tính phức tạp khác nhau Độ phức tạp của hệ thống được chỉ ra có 9 mức độ khác nhau (Boulding, 1956; Ashmos và Huber, 1987), gồm:

1 Cơ sở ­ Cấu trúc tĩnh (như danh sách nhân viên)

2 Hệ thống chuyển động đơn giản và định trước (đòn bẩy, ròng rọc)

3 Hệ thống điều khiển học

4 Cấu trúc mở ­ Hệ thống tự duy trì (tế bào)

5 Hệ thống tăng trưởng theo dự đoán (thực vật)

6 Hệ thống khác biệt (có nhận thức về môi trường, động vật)

7 Hệ thống xử lý ký hiệu ­ Hệ thống có nhận thức về bản thân (con người)

8 Tổ chức xã hội ­ Tập hợp các hoạt động của cá nhân (một nhóm người)

9 Hệ thống siêu việt ­ Hệ thống phức tạp chưa xác định

Mức độ đầu tiên của độ phức tạp trong hệ thống phân cấp là cơ sở, chính là mức độ của

các cấu trúc tĩnh và mối quan hệ Ví dụ như sự sắp xếp của các nguyên tử trong một tinh thể, cấu trúc gen của một tế bào, thực vật hay cả vũ trụ Tất cả sự sắp xếp này đều có thể được mô

tả chính xác về mối quan hệ tĩnh, về chức năng hoặc vị trí Tổ chức kiến thức lý thuyết trong nhiều lĩnh vực phát sinh từ mối quan hệ tĩnh, đó cũng là điều kiện tiên quyết để hiểu được hành vi của toàn bộ hệ thống

173

the arrangement of its subsystems and components in three­dimensional space at a given moment of time

Mức độ thứ hai được xác định đó chính là cơ chế động cơ đơn giản kèm định giờ của hệ

thống Hệ thống năng lượng mặt trời là một ví dụ điển hình với một hệ thống động lực đơn giản với chuyển động định trước Bên cạnh đó các hệ thống như động cơ xe, công trình lý thuyết vật lý, hóa học và kinh tế cũng là những hệ thống có cơ chế định giờ, tất cả đều hướng đến việc thiết lập trạng thái cân bằng cho hệ thống

Mức độ thứ ba là cơ chế kiểm soát hay các hệ thống điều khiển Ví dụ về độ phức tạp

này của hệ thống thường thấy ở những bộ điều chỉnh nhiệt với những hoạt động có định hướng Mức này đặc trưng với cơ chế phản hồi với việc truyền tải và giải thích thông tin

Mức độ thứ tư là cấu trúc tự duy trì Đây là đặc trưng của hệ thống được hình thành dựa

trên quy luật phát triển của cuộc sống Hệ thống được giả định lượng hóa thông qua vật chất

và năng lượng, khả năng duy trì và tự sinh sản Mỗi một hệ thống trong quá trình hoạt động đều được tự hoàn thiện về cấu trúc và chức năng để thực hiện tốt nhiệm vụ của toàn hệ thống

Mức độ thứ năm được gọi là mức độ thực vật và được xác định bởi các quá trình di

truyền, xã hội Đặc trưng của sự phức tạp trong các hệ thống là những khác biệt giữa các bộ phận tham gia và sự phụ thuộc giữa các thành phần trong hệ thống Những hệ thống mang đặc trưng phản ứng của thực vật, không có cơ quan cảm giá đặc biệt thì phản ứng của hệ thống trước những thay đổi của môi trường xung quanh được đánh giá là chậm

Mức độ thứ sáu là mức độ động vật, mang những đặc trưng về ý thức và hành vi định

hướng, khả năng di chuyển Hệ thống này đã phức tạp hơn, thể hiện ở khả năng truyền đạt một số lượng lớn các thông tin có thể được lưu giữ có tổ chức hơn Ngoài ra, các phản ứng của hệ thống nói chung đối với những biến đổi xuất hiện ở môi trường tác động bên ngoài diễn ra linh hoạt và nhanh nhạy hơn

Mức độ thứ bảy là con người, mỗi cá nhân được xem là một hệ thống độc lập So với

cấp độ động vật, con người được bổ sung thêm yếu tố tự ý thức, vì vậy sẽ phức tạp hơn Con người có khả năng tự nhận thức được bản thân, tỷ lệ các tình huống có thể xảy ra, đồng thời

có khả năng ngôn ngữ phức tạp, sử dụng các ký hiệu để tích lũy, truyền tải kiến thức từ thế hệ này sang thế hệ khác Một hệ thống được xây dựng từ các phần tử mang đặc trưng của con người sẽ phức tạp hơn so với các hệ thống ở cấp độ thấp hơn

Mức độ thứ tám là các tổ chức xã hội, con người trong cuộc sống luôn được gắn kết với

nhau thông qua các kênh truyền thông, hoạt động tạo nên một hệ thống, tổ chức xã hội Từ đó hình thành nên các yếu tố đặc trưng về văn hóa, tạo nên hệ thống giá trị thông qua nghệ thuật, văn hóa, lịch sử…

Mức độ thứ chín chính là những hệ thống siêu việt, hệ thống có độ phức tạp chưa hình

dung được Ở mức độ này chủ yếu bao gồm những hệ thống chỉ có thể suy đoán về cấu trúc

và các mối quan hệ giữa các phần tử trong đó chứ không thể khẳng định một cách chính xác

về đặc điểm của hệ thống đó

1.4 Các định nghĩa cơ bản khác

1.4.1 Nội dung và năng lượng

Nội dung (matter) “bao gồm khối lượng (m) và khoảng không gian vật chất mà nó

work” (Miller, 1973, trang 66) Dựa trên định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng không thể

tự sinh ra hoặc mất đi mà chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác Năng lượng hệ thống

bao gồm ba loại chính Thứ nhất là động năng (kinetic energy), năng lượng được tạo ra từ chuyển động Thứ hai là thế năng (potential energy), một dạng năng lượng vật thể có được trong trường lực bảo toàn, phụ thuộc vào vị trí của vật thể trong trường hấp dẫn Thứ ba là

năng lượng của khối lượng nghỉ (rest­mass energy), chính là năng lượng sẽ được chuyển đổi của phần khối lượng tương đương

Khối lượng và năng lượng là tương đương, khối lượng có thể được chuyển đổi thành năng lượng và nược lại Các hệ thống sống (living systems) đòi hỏi năng lượng vật chất với số lượng thích hợp, chẳng hạn như nhiệt độ, ánh sáng, nước, khoáng chất, vitamin, thực phẩm, nhiên liệu, và nguyên liệu các loại Năng lượng cho các quá trình sống của hệ thống bắt nguồn

từ sự phân hủy của các phân tử (và trong một vài trường hợp gần đây của các nguyên tử) Bất

kỳ sự thay đổi nào của trạng thái năng lượng vật chất hay sự chuyển động của nó từ điểm này sang điểm khác là hành động ­ một dạng của quy trình Miller (1973)

1.4.2 Thông tin và quy trình

Thông tin “bao gồm tất cả những gì đem lại sự hiểu biết về thế giới xung quanh, được mã

66) Thông tin phản ánh sự thay đổi trong các quá trình của hệ thống, thường là kết quả của các mối liên hệ được tạo ra từ kinh nghiệm trước đó Khối lượng thông tin được đo bằng số nhị phân, hoặc bit thông tin Xử lý thông tin (hay truyền thông) là sự thay đổi thông tin từ trạng thái này sang trạng thái khác hoặc chuyển động từ điểm này sang điểm khác qua không gian

Quy trình (process) là sự thay đổi năng lượng vật chất hay thông tin trong hệ thống theo thời gian (Miller, 1973) Quy trình hệ thống được thực hiện do sự tương tác giữa những đơn vị

hệ thống với nhau, gồm những chuỗi hoạt động để chuyển đổi yếu tố đầu vào thành yếu tố đầu

ra, hoặc chuyển từ năng lượng này sang năng lượng khác Quy trình thường ít biến đổi trong

một hệ thống Về cơ bản, quá trình bao gồm các chức năng đang được thực hiện của một hệ thống Ngoài ra, quá trình bao gồm lịch sử và những thay đổi như sự biến đổi, tăng trưởng, phát triển, lão hóa,… Quá trình lịch sử làm thay đổi cả cấu trúc và chức năng của hệ thống

Trong quy trình chuyển đổi yếu tố đầu vào thành yếu tố đầu ra Yếu tố đầu vào của hệ thống là những yếu tố tác động mà hệ thống nhận được từ môi trường Cụ thể, yếu tố đầu vào là đối tượng hệ thống hướng đến, thực hiện nhiệm vụ chức năng của hệ thống Các yếu tố đầu vào được xử lý theo quy trình đã xác định của hệ thống để tạo ra kết quả Chẳng hạn, trong một hệ thống sản xuất, đầu vào là nguyên vật liệu, nguồn lực lao động, thiết bị, máy móc… Trong khi

đó, yếu tố đầu ra của hệ thống là kết quả của quá trình vận hành hệ thống, là phản ứng trở lại từ

hệ thống đến môi trường bên ngoài Yếu tố đầu ra của hệ thống thể hiện mối tương tác của hệ thống với môi trường, có thể có nhiều loại tương tác khác nhau thông qua các dạng năng lượng, vật chất, và thông tin Yếu tố đầu vào và đầu ra là hai yếu tố cần thiết trong một hệ thống, và cả hai yếu tố này cần đảm bảo cân bằng để đảm bảo hiệu quả của hệ thống

2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG

2.1 Hệ thống lý thuyết, cụ thể và trừu tượng

2.1.1 Hệ thống lý thuyết

Hệ thống lý thuyết (conceptual system) “là hệ thống các khái niệm, bao gồm một tập

68) Đơn vị của hệ thống lý thuyết là chữ, số hoặc các ký hiệu Conceptual system chỉ có thể tồn tại dưới một số loại hệ thống cụ thể như một chiếc máy tính, một cuốn sách, từ điển Con người có thể điều khiển, sử dụng máy tính để soạn thảo văn bản, chuyển đổi ngôn ngữ, thông tin tạo thành sản phẩm mới của hệ thống

Hệ thống này được cấu thành bởi các đơn vị phần tử và mối liên hệ giữa chúng Hệ thống lý thuyết có thể điều chỉnh hoạt động của hệ thống vật chất Sự thay đổi không thích hợp với hệ thống lý thuyết vì nó không tồn tại trong không gian và thời gian Miller (1973) Đơn vị của conceptual system là các thuật ngữ, như các từ (danh từ, động từ, tính từ), các con

số, hoặc các ký hiệu khác, bao gồm cả các biểu thức và chương trình máy tính

Mối quan hệ của hệ thống lý thuyết là tập hợp các cặp đơn vị được sắp xếp tương tự nhau dựa trên các tiêu chí nhất định Ví dụ như tập hợp các từ được chia theo danh từ, động

từ, tính từ, cấu trúc khác của từ; tập hợp các con số như số chẵn, số lẻ, số nguyên, số thập phân… Ngôn ngữ, ký hiệu hay biểu tượng là tất cả các khái niệm luôn tồn tại trong một hoặc nhiều hệ thống cụ thể, hệ thống sống hoặc không sống

176

a system of concepts It is composed of an organization of ideas expressed in symbolic form

Quan hệ vào ra của hệ thống lý thuyết luôn cân bằng; cụ thể, khi đầu vào là các từ, ký hiệu thì đầu ra của quá trình là các định nghĩa và ngược lại Cấu trúc của hệ thống này tương đối chặt chẽ và ổn định theo thời gian Các đơn vị phần tử trong hệ thống chủ yếu được cấu tạo, liên kết song song với nhau Đồng thời, độ tin cậy của các phần tử cũng như toàn bộ hệ thống được đánh giá là tương đối cao

2.1.2 Hệ thống cụ thể

Hệ thống cụ thể (soncrete system) là loại hệ thống phổ biến nhất trong thực tế Miller

(1973, trang 68) định nghĩa hệ thống cụ thể “được tạo thành từ quá trình tích lũy phi ngẫu nhiên năng lượng vật chất trong một khu vực và trong không gian ­ thời gian vật chất, được

thành (concrete system) là các hệ thống nhỏ hơn hoặc là các bộ phận đặc trưng liên kết lại với nhau (Hall và Fagan, 1956, trang 18)

Các mối quan hệ tồn tại trong concrete system có nhiều loại khác nhau, bao gồm không gian, thời gian, quan hệ nhân quả… Các quan hệ này có thể được xác định bằng quan sát thực nghiệm của con người Vì vậy, đối với một concrete system, con người có thể dễ dàng đánh giá, định hướng, sửa đổi cấu trúc hệ thống để phù hợp với nhiệm vụ đặt ra (Miller, 1973)

2.1.3 Hệ thống trừu tượng

Hệ thống trừu tượng (abstract system) là tập hợp tất cả các yếu tố bắt buộc là khái niệm Đây là hệ thống trung gian, trong đó các thành phần có thể hoặc không thể quan sát được bằng thực nghiệm của con người Đơn vị của hệ thống trừu tượng là các mối quan hệ được trừu tượng hóa và lựa chọn thông qua quan sát của một cá nhân dựa trên quan điểm hay lý thuyết của họ Mối quan hệ giữa trừu tượng tinh thần và các lớp cấu tạo nên nó tạo thành hệ thống Ví dụ, trong tâm lý học, các cấu trúc giải thích quá trình tâm linh được mô tả bằng một

hệ thống các khái niệm trừu tượng, kết hợp với các yếu tố và kinh nghiệm thực tế Các hệ thống trừu tượng trừu tượng hóa các yếu tố thuộc thế giới thực và sắp xếp các yếu tố này thành thành phần của mô hình hệ thống Hệ thống trừu tượng kết hợp các yếu tố thực nghiệm

và lý thuyết Các nền văn hóa chính là một ví dụ điển hình của hệ thống trừu tượng Trong một hệ thống không thể cảm nhận được, các thành phần và các mối quan hệ phức tạp giữa chúng che giấu đi cấu trúc thực tế của hệ thống (Miller, 1973)

Các đơn vị của hệ thống trừu tượng có thể là các mối quan hệ được trừu tượng hóa hoặc được lựa chọn bởi người quan sát dựa trên quan điểm lý thuyết và triết học của họ Một số mối quan hệ có thể được xác định thông qua thực nghiệm (một số hoạt động do người quan sát thực hiện) hoặc chỉ đơn thuần là các khái niệm không xác định được mà tồn tại ẩn bên trong cấu trúc thực của hệ thống (Miller, 1973)

177

a nonrandom accumulation of matter­energy, in a region in physical space­time, which is organized into interacting interrelated subsystems or components

Các mối quan hệ đề cập ở trên được quan sát để tương tác trong hệ thống cụ thể (concrete system), thông thường là các hệ thống sống (living systems) Các hệ thống cụ thể này bao gồm các mối quan hệ của hệ thống trừu tượng Các phát biểu lý thuyết bằng lời của

hệ thống trừu tượng thường ngược lại so với các phát biểu của hệ thống cụ thể Danh từ và các biến thể của nó chủ yếu đề cập đến các mối quan hệ Trong khi đó, động từ và các biến thể của nó đề cập đến hệ thống cụ thể, trong đó các mối quan hệ này có sự tương tác lẫn nhau Các hệ thống cụ thể này được nghiên cứu thực nghiệm thông qua các hoạt động của người quan sát

Hệ thống trừu tượng khác với trừu tượng hóa Trừu tượng hóa chỉ đơn thuần là một khái niệm ­ một thành phần tạo nên hệ thống lý thuyết (conceptual system) đại diện cho một lớp các hiện tượng có các đặc tính tương tự nhau Các thành phần của một lớp không tương tác với nhau, cũng như các mối quan hệ trong một hệ thống trừu tượng

Các hệ thống trừu tượng chủ yếu xuất hiện trong lý thuyết khoa học xã hội và ít được sử dụng trong lý thuyết khoa học tự nhiên Parsons và Shils (1951) đã phát triển lý thuyết hành vi tổng thể thông qua sử dụng các hệ thống trừu tượng Một hệ thống xã hội (social system) là hệ thống cụ thể trong không gian và thời gian, có thể quan sát được và có thể đo lường được bằng các kỹ thuật như đối với khoa học tự nhiên Hệ thống này được trừu tượng hóa và bao gồm các mối quan hệ hình thành nên tổ chức Trong hệ thống này, đơn vị quan trọng là các lớp của mối quan hệ đầu vào ­ đầu ra của tiểu hệ thống chứ không phải các tiểu hệ thống 2.2 Hệ thống đóng và hệ thống mở

Hệ thống đóng và hệ thống mở thuộc phân loại hệ thống cụ thể Vì vậy, các đơn vị phần

tử cũng như các mối quan hệ của hai hệ thống này đều có thể dễ dàng xác định bằng các nghiên cứu và quan sát thực nghiệm Cụ thể:

Hệ thống mở (open system): Hầu hết các hệ thống cụ thể đều có ranh giới để chỉ tiếp

nhận một phần các cường độ lớn của một số năng lượng vật chất hoặc để truyền thông tin ra bên ngoài Một hệ thống như vậy là một hệ thống mở Các yếu tố đầu vào có thể thay đổi các thành phần của hệ thống và phá vỡ hay thay thế năng lượng sử dụng trong hệ thống (Miller,

1973, trang 68)

Hệ thống đóng (closed system): “Một hệ thống cụ thể có ranh giới nhưng không cho

trang 68) Trên thực tế, không có hệ thống cụ thể nào là hệ thống đóng hoàn toàn Vì vậy, chỉ tồn tại hệ thống cụ thể tương đối mở hoặc tương đối đóng, và luôn tồn tại sự truyền vật chất ­ năng lượng trong hệ thống Nhìn chung, về lý thuyết, hệ thống đóng là một hệ thống cụ thể bị

178

A concrete system with impermeable boundaries through which no matter­energy or information transmissions of any sort can occur is a closed system

cô lập tương đối với môi trường bên ngoài, chỉ có sự tương tác giữa các thành phần bên trong

hệ thống, không có yếu tố đầu vào và đầu ra Trong hệ thống đóng, khi năng lượng sử dụng hết, sau một khoảng thời gian nhất định, hệ thống sẽ dần dần thay đổi hoặc tan vỡ

Hệ thống đóng và hệ thống mở cùng là một hệ thống cụ thể, có thể xác định dễ dàng thông qua nghiên cứu thực nghiệm nhưng xu hướng phát triển lại trái ngược nhau Cụ thể, hệ thống mở (hầu hết là các hệ thống sống) luôn phụ thuộc vào môi trường trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin Cấu trúc của hệ thống được kiểm soát bởi các yếu tố thông tin và một số hình thức năng lượng Trong hệ thống mở, các phần tử cũng như các mối liên hệ đều

có khả năng tự điều chỉnh để phù hợp với môi trường bên ngoài, vì vậy, các hệ thống mở có khả năng trao đổi rộng rãi hơn trên nhiều khía cạnh khi tồn tại trong môi trường xác định Ngược lại, hệ thống đóng không có xu hướng tiếp nhận nguồn vật chất, năng lượng cũng như trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài, vì vậy theo sự phát triển của thời gian, hệ thống đóng sẽ càng ngày càng thu hẹp và hạn chế hoạt động

Theo kết quả nghiên cứu của Katz và Kahn (1966), hệ thống mở bao gồm mười đặc

điểm chung, cụ thể như sau: Thứ nhất, hệ thống luôn tiếp nhận nguồn năng lượng từ bên

ngoài thể hiện sự tác động từ môi trường bên ngoài đến hoạt động của hệ thống, đảm bảo duy

trì hoạt động của hệ thống Thứ hai, quá trình xuyên suốt hệ thống nhằm chuyển đổi yếu tố đầu vào thành yếu tố đầu ra, hoàn thành chu kỳ hệ thống Thứ ba, yếu tố đầu ra là một đặc

trưng cơ bản của hệ thống mở, thông qua yếu tố đầu ra, hệ thống mở thể hiện những tác động

trở lại môi trường xung quanh khi tiếp nhận yếu tố đầu vào Thứ tư, chu kỳ hệ thống mở thể

hiện những hoạt động lặp đi lặp lại, xoay quanh các yếu tố đầu vào, đầu ra và các phần tử

cũng như các mối liên hệ trong hệ thống Các đặc điểm còn lại là sự hỗn loạn tiêu cực; thông

tin đầu vào và quá trình mã hóa; duy trì sự cân bằng và tính năng động nhằm thích ứng của hệ thống; sự khác biệt; tích hợp và điều phối; và sự bình đẳng

Trong khi đó, hệ thống đóng (ví dụ như sinh quyển), chỉ tiếp nhận đầu vào là năng lượng Sự khác biệt giữa hệ thống đóng và hệ thống mở chỉ mang tính tương đối Một sinh vật bất kỳ là ví dụ điển hình của hệ thống mở; nhưng xét trong môi trường đặc thù của nó, sinh vật này có thể là một hệ thống đóng

Các hệ thống mở có xu hướng tiến tới cấu trúc phức tạp hơn do tồn tại trong trạng thái hỗn loạn (entropy) Tuy nhiên, trong hệ thống mở, các sinh vật ở trạng thái cân bằng có thể tồn tại trong một thời gian dài nhờ việc sử dụng yếu tố đầu vào (vật chất và năng lượng) không đổi Trong khi đó, đối với hệ thống đóng, tình trạng hỗn loạn có xu hướng giảm xuống

và đôi khi có thể được gọi là hệ thống chết (dying system) Khi đạt đến trạng thái ổn định, hệ thống đóng không có khả năng thực hiện bất kỳ hoạt động nào Ngoài ra, hệ thống đóng hoàn toàn khác với hệ thống bị cô lập (isolated system) Hệ thống bị cô lập là một hệ thống có ranh

giới nhưng hoàn toàn không tiếp nhận bất kỳ yếu tố đầu vào nào Loại hệ thống này không phụ thuộc vào cấu trúc hay loại hình của nó và có xu hướng chuyển trạng thái từ hỗn loạn sang ổn định

Hệ thống đóng và hệ thống mở đều tồn tại trong một môi trường Ngoài ra, môi trường còn bao gồm tất cả các hệ thống ở cấp cao hơn chưa hệ thống đóng và hệ thống mở Môi trường là bất kỳ hiện tượng nào có tác động đến quá trình và hành vi của hệ thống và có thể nằm ngoài tầm kiểm soát trực tiếp của hệ thống Nói cách khác, môi trường có thể kiểm soát

hệ thống đóng và hệ thống mở, nhưng hai loại hệ thống này (cũng như hệ thống nói chung) không thể kiểm soát được môi trường (Miller, 1973)

Các tổ chức con người là ví dụ điển hình của hệ thống mở Ranh giới của hệ thống mở này được xác định theo ngữ cảnh, liên minh và đối thủ cạnh tranh của hệ thống Các tổ chức bao gồm các hệ thống sống gắn kết với nhau dựa trên mạng lưới các bên liên quan Các mạng lưới này phát triển trên cơ sở các tương tác xảy ra trong ranh giới xác định Ngược lại, ranh giới của các hệ thống đóng được xác định rõ ràng và có tính tự điều chỉnh nội bộ cho đến khi cung cấp đủ năng lượng cho toàn hệ thống

Ngoài ra, các tổ chức con người (hệ thống mở) có nguy cơ hỗn loạn tiêu cực Đây là khả năng tự nhiên của một hệ thống rơi vào tình trạng suy thoái theo thời gian (Bartol và Martin, 1994) Các hệ thống mở phụ thuộc vào quá trình phân biệt (differentiatiare) Về cơ bản, đây là quá trình phân chia hệ thống thành nhiều tiểu hệ thống chuyên biệt hơn để đối phó với tình trạng phức tạp ngày càng tăng do sự phát triển của tổ chức Trong quá trình phân biệt này, tổ chức phải đối mặt với một số khó khăn, đặc biệt là cần phải duy trì mối liên hệ giữa các tiểu

hệ thống để duy trì bản sắc và văn hóa tổ chức Quá trình hội nhập luôn song song với quá trình phân biệt Hội nhập chính là sự liên kết hành động của các bộ phận và toàn tổ chức nhằm đạt được các mục tiêu chung

Nhìn chung, trong quá trình phát triển, hệ thống mở từ một hệ thống cụ thể đơn giản có

xu hướng phát triển thành một hệ thống trừu tượng phức tạp hơn, gây khó khăn cho quá trình quản lý, điều khiển hệ thống Ngược lại, hệ thống đóng thuận lợi hơn khi nó tương đối ổn định trong một khoảng thời gian dài Tuy nhiên, khi đạt trạng thái cân bằng ổn định, hệ thống đóng không có khả năng thực hiện bất kỳ hoạt động nào Chính vì vậy, khi nghiên cứu áp dụng, cần vận dụng tối đa những lợi thế và hạn chế các điều kiện khó khăn trong từng loại hệ thống 2.3 Hệ thống sống và hệ thống không sống

Hệ thống sống (living system) và hệ thống không sống (nonliving system) đều thuộc

phân loại hệ thống cụ thể Hệ thống sống “là tập hợp tất cả các hệ thống cụ thể có chung một

số đặc điểm đặc biệt, bao gồm cả động vật và thực vật”179 (Miller, 1973, trang 69) Hệ thống sống có các đặc điểm sau:

 Đều là những hệ thống mở luôn có sự trao đổi, tác động qua lại với môi trường bên ngoài

 Sử dụng các yếu tố đầu vào như nguồn thực phẩm, nhiên liệu để chuyển hóa thành năng lượng duy trì hoạt động cho toàn bộ hệ thống

 Có độ phức tạp nhất định, do được cấu tạo từ các hệ thống cụ thể khác nhau, vì vậy tồn tại các mối liên hệ trong mỗi hệ thống đó và mối liên hệ giữa các hệ thống với nhau

 Chứa các nguồn vật chất di truyền như DNA, đây là yếu tố cơ bản duy trì hoạt động sống, tạo nên đặc trưng cho hệ thống

 Cấu trúc và quy trình của Hệ thống sống chủ yếu bao gồm các protein và các hợp chất hữu cơ khác

 Hệ thống sống bao gồm các tiểu hệ thống thực hiện nhiệm vụ kiểm soát toàn bộ hệ thống, đồng thời các tiểu hệ thống tương tác với nhau để cùng thực hiện các nhiệm vụ chung của toàn bộ hệ thống

 Hệ thống sống có một số tiểu hệ thống quan trọng có quan hệ cộng sinh hoặc ký sinh trùng với các hệ thống sống hoặc không sống khác để thực hiện bổ sung một số quy trình chức năng mà hệ thống còn thiếu

 Các tiểu hệ thống trong living systems được tích hợp với nhau để tạo thành hệ thống

tự điều tiết, phát triển và tái tạo chức năng theo hướng tích cực nhằm hoàn thành các mục tiêu của hệ thống

 Hệ thống sống chỉ có thể tồn tại trong một môi trường nhất định Bất kỳ sự thay đổi nào về môi trường như nhiệt độ, áp suất không khí, hàm lượng ô xy trong không khí hoặc cường độ bức xạ bên ngoài xảy ra trên bề mặt trái đất đều tác động lên hệ thống khiến các tiểu

hệ thống không thể điều chỉnh để tồn tại

Một hệ thống sống phải tuân theo đầy đủ các nguyên tắc lựa chọn tự nhiên và được đặc trưng bởi sự bất cân bằng nhiệt động lực học Dưới góc độ sinh học, hệ thống sống là một hệ thống đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn sau:

 Có sự chuyển hóa và tăng trưởng (Metabolism and growth);

 Có khả năng phản ứng (Reaction capacity)

 Thích nghi với môi trường (Adaptability);

 Có khả năng sinh sản (Reproduction capability);

 Có khả năng phát triển (Development capability)

Nhìn chung, hệ thống sống là các bộ chuyển đổi năng lượng thông qua sử dụng thông tin để thực hiện hiệu quả hơn Hệ thống sống chuyển đổi một dạng năng lượng này sang năng lượng khác và chuyển đổi năng lượng thành thông tin Các hệ thống sống phát triển để có khả năng vượt qua được tình trạng hỗn loạn (entropy) Để duy trì sự ổn định theo thời gian, các hệ thống sống phải có khả năng tự bảo trì và tự sửa chữa Quá trình này bao gồm một số hoạt động cụ thể như sau:

 Xử lý thông tin (Information processing);

 Xử lý năng lượng (Energy processing);

 Xử lý nguyên liệu (Material processing);

 Tạo ra các bộ phận bằng việc sử dụng kết hợp các nguyên liệu (Synthesis of parts by combining materials);

 Sắp xếp lại và kết nối các bộ phận được tạo ra (Rearrangement and connection of disarranged parts);

 Lưu trữ năng lượng để dự trữ (Energy storing for fuel reserves);

 Loại bỏ các bộ phận đã hao mòn (Removal of worn parts)

Hệ thống sống bao gồm các phân tử hữu cơ thực hiện một tiến trình tiến hóa chung hướng tới sự phức tạp ngày càng tăng Hệ thống sống có nhiều cấp độ cấu trúc hệ thống khác nhau, có thể chia thành tám cấp độ thứ bậc thực tế, mối cấp độ mới được đánh gia cao hơn và phức tạp hơn so với trước (do bao gồm tất cả các hệ thống cấp dưới và điểm khác biệt trong cấp mới) Mỗi cấp độ đều có cấu trúc hệ thống và quy trình đặc trưng, cụ thể:

 Ở cấp độ tế bào (cells), đây là hệ thống các phân tử vi sinh và tổ hợp đa phân tử, đại

diện cho hệ thống phức tạp nhất để duy trì quá trình sống cần thiết Tế bào tồn tại hoặc sống

tự do cấu tạo nên các đơn vị cơ quan hay mô của các sinh vật

 Tiếp theo cấp độ tế bào là các cơ quan (organs), được định nghĩa là các bộ phận được

cấu tạo từ nhiều tế bào, qua các liên kết cơ học, sinh học tạo nên hệ thống sống cấp độ mới là

cơ quan

 Cấp độ sinh vật (organisms) là hệ thống các cơ quan tương tác, liên kết với nhau Ở

cấp độ này cho thấy living systems đã phức tạp hơn khi bao gồm nhiều hệ thống con tồn tại bên trong nó Hệ thống này được xem là một hệ thống sống độc lập có đầy đủ khả năng thích ứng với môi trường, khả năng tự duy trì

 Tuy nhiên, với khả năng liên kết và tự phát triển, các hệ thống sống ở cấp độ sinh vật

tự tập hợp dựa trên một số đặc điểm chung tạo thành cấp độ mới là nhóm (groups) Cấp độ

này thường xuất hiện đối với các loài động vật Cấu trúc và quy trình của hệ thống này được quan sát rõ ở một số loài động vật có tính xã hội cao như ong, kiến, con người

 Từ các nhóm cá thể, hệ thống sống tiếp tục phát triển đạt cấp độ mới là các tổ chức (organizations) như các trường đại học, các doanh nghiệp, chính phủ… Các cấu trúc này đều

có người nắm giữ vai trò quyết định hoạt động của toàn hệ thống

 Cấp độ tiếp theo là cộng đồng (communities), được hình thành khi các tổ chức khác

nhau cùng tương tác qua lại như các thành phố (có sự tương tác giữa chính phủ, trường học, doanh nghiệp, bệnh viện…)

 Xã hội (societies) là một cấp độ bao gồm các cộng đồng gắn kết lại với nhau, thường

mang đặc trưng cho một vùng lãnh thổ nhất định Đó có thể là vùng miền, quốc gia, khu vực

có những đặc điểm văn hóa, xã hội, và lịch sử tương tự nhau

 Hệ thống siêu quốc gia (supranational systems) do hai hay nhiều xã hội hợp tác ở một

mức độ nhất định trong việc ra quyết định dựa trên mục tiêu chung, không ảnh hưởng đến quyền lợi riêng lẻ của các xã hội Nối bật cho các hệ thống ở cấp độ này là các khối, liên minh, các hiệp ước như NATO, liên minh châu Âu EU…

Để thích ứng với môi trường thay đổi liên tục và để ứng phó với những thay đổi từ bên trong và bên ngoài, các hệ thống sống phải thực hiện quá trình điều chỉnh để duy trì sự cân bằng nội tại Tuy nhiên, quá trình điều chỉnh này đòi hỏi chi phí nhất định (thời gian, tiền bạc, ) Quá trình điều chỉnh để thích nghi bao gồm các hoạt động cụ thể sau đây:

 Sửa đổi chức năng và cấu trúc (Modify function and structure);

 Thích ứng các luồng liên kết với các hệ thống khác (Adapt interflows with other systems);

 Thích ứng dòng chảy nội bộ trong hệ thống (Adapt intraflows within the system);

 Tận dụng các nguồn lực thay đổi (Utilize changing resources);

 Phát triển/ co lại mà không làm gián đoạn hoạt động của hệ thống (Grow/ shrink without disrupting system operation);

 Thay thế các bộ phận hao mòn mà không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống (Replace worn parts without disrupting system operation)

Cấp độ cao hơn của các hệ thống sống có xu hướng lớn và phức tạp hơn; vì vậy, cấu trúc và quy trình của các cấp thấp hơn không phù hợp với cấp độ cao hơn này Hiện tượng này được gọi là hiện tượng mới nổi (emergents) Hiện tượng này cho phép hệ thống nâng cao khả năng xử lý các căng thẳng và thích ứng tốt với môi trường phức tạp

Xử lý thông tin có vai trò quan trọng trong hệ thống sống Quá trình này tiêu thụ một lượng năng lượng không đáng kể và mang lại nhiều kết quả tốt Ở cấp độ cao hơn, hệ thống sống phụ thuộc vào ba loại dòng chảy thông tin sau đây để tồn tại:

 Thông tin về môi trường bên ngoài (information of the world outside);

 Thông tin trong quá khứ (information from the past);

 Thông tin về hệ thống và các thành phần của nó (information about self and own parts) Nhìn chung, hệ thống sống thường phải đối mặt với số lượng lớn các thông tin khác nhau về môi trường xung quanh nó Vì vậy, xử lý thông tin là hoạt động cần thiết nhằm ngăn chặn hoặc loại bỏ các thông tin môi trường không liên quan Xử lý thông tin hiệu quả góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống Thông thường, hệ thống sống sử dụng ba loại

mã hóa thông tin phức tạp, cụ thể:

 Mã alpha bao gồm các mẫu không gian khác nhau, mỗi mã đại diện cho một thông điệp mã hoá hoặc tín hiệu Những tín hiệu hóa học như pheromones thuộc loại mã hóa này (Hormon là những chất hóa học hoạt động trong môi trường bên trong cơ thể trong khi pheromores hoạt động giữa các sinh vật, và điều phối tương tác của các thành viên trong nhóm)

 Mã beta được xây dựng dựa trên những thay đổi trong một số quá trình như thay đổi thời gian hoặc biên độ, hoặc một mô hình cường độ khác nhau

 Mã gamma được sử dụng khi quá trình truyền thông tin tượng trưng xảy ra, như trong giao tiếp ngôn ngữ

Quá trình xử lý thông tin trong hệ thống sống liên quan đến các mã này Nếu quá trình này gây ra căng thẳng, được gọi là quá tải thông tin đầu vào, đặc biệt là tại các cấp hệ thống cao Trái ngược với living systems, hệ thống không sống (nonliving systems) được định nghĩa

“là tất cả những hệ thống cụ thể không có đặc điểm của hệ thống sống”180 (Miller, 1973, trang 69) Theo đó, hệ thống không sống bao gồm các tiểu hệ thống khác nhau, tuy nhiên các tiểu hệ

180

Every concrete system which does not have the characteristics of a living system is a nonliving system

thống này đều không thực hiện quá trình chuyển đổi năng lượng vật chất từ yếu tố đầu vào để duy trì hoạt động của hệ thống Hệ thống không sống có thể chịu sự tác động từ môi trường và ngược lại nhưng theo một phương thức khác biệt, không xuất hiện sự sống trong quá trình này, những tác động đó có thể là tác động cơ học, hóa học hoặc sinh học…

2.4 Hệ thống đơn giản và hệ thống phức tạp

Hệ thống, tùy theo mức độ phức tạp về cấu trúc và các mối quan hệ nội bộ, được phân thành hệ thống đơn giản và hệ thống phức tạp Để nhấn mạnh các đặc tính của một hệ thống phức tạp, Flood và Jackson (1991) so sánh các hệ thống đơn giản và hệ thống phức tạp cụ thể như sau:

Hệ thống đơn giản (simple system) có một số đặc điểm sau:

o Có sự tham gia của ít yếu tố;

o Mức độ tương tác giữa các yếu tố hạn chế;

o Các thuộc tính của các đơn vị phần tử trong hệ thống được xác định trước;

o Tương tác giữa các yếu tố được tổ chức chặt chẽ;

o Quy định điều chỉnh hành vi rõ ràng;

o Hệ thống không phát triển theo thời gian;

o Các tiểu hệ thống không theo đuổi các mục tiêu đơn lẻ;

o Hệ thống không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố hành vi;

o Hệ thống không có tác động qua lại với môi trường

Nhìn chung, hệ thống đơn giản có đặc trưng là có sự tham gia của ít yếu tố, mối liên kết

và tương tác giữa các yếu tố đó cũng ít xảy ra Đồng thời, thuộc tính của các đơn vị phần tử trong hệ thống đơn giản có thể được xác định trước, được tổ chức liên kết rất chặt chẽ và hầu như độc lập với nhau, ít chịu tác động từ môi trường xung quanh Chính vì vậy, hệ thống đơn giản được tổ chức tương đối chặt chẽ, các quy luật điều chỉnh hành vi hệ thống là cố định, rõ ràng giúp hoạt động của hệ thống không bị ảnh hưởng bởi các hành vi bên ngoài Một đặc trưng nổi bật của hệ thống đơn giản chính là hệ thống không phát triển theo thời gian, phần lớn là hệ thống đóng không có tác động qua lại với môi trường (Flood và Jackson, 1991)

 Hệ thống phức tạp (complex system) có một số đặc điểm cơ bản sau:

o Có sự tham gia của nhiều yếu tố;

o Mức độ tương tác giữa các yếu tố lớn;

o Các thuộc tính của các đơn vị phần tử trong hệ thống không được xác định trước;

o Tương tác giữa các yếu tố được tổ chức lỏng lẻo;

o Quy định điều chỉnh hành vi không rõ ràng, cụ thể;

o Hệ thống phát triển theo thời gian;

o Các tiểu hệ thống có mục tiêu riêng và theo đuổi các mục tiêu đơn lẻ đó;

o Hệ thống bị ảnh hưởng bởi các yếu tố hành vi;

o Hệ thống có tác động qua lại với môi trường

Về cơ bản, hệ thống phức tạp là hệ thống được đặc trưng bởi sự tham gia của một số lượng lớn các phần tử, do vậy các mối liên kết và tương tác diễn ra trong hệ thống cũng xuất hiện nhiều hơn so với hệ thống đơn giản Các thuộc tính của đơn vị phần tử rất khó để xác định trước và mức độ liên kết trong hệ thống diễn ra tương đối lỏng lẻo Hệ thống phức tạp

có chịu sự tác động với môi trường do chủ yếu là những hệ thống mở, thường xuyên chịu ảnh hưởng từ các hành vi của con người và môi trương xung quanh Theo thời gian, hệ thống cũng phát triển về quy mô, cấu trúc để phù hợp với sự thay đổi của các yếu tố bên trong và bên ngoài môi trường Hệ thống phức tạp được cấu tạo từ các hệ thống con có mục đích hoạt động riêng lẻ, liên kết với nhau thực hiện mục đích chung của hệ thống phức tạp (Flood và Jackson, 1991)

Quy mô của hệ thống càng lớn thì độ phức tạp càng tăng, do có sự tham gia của nhiều tiểu hệ thống và nhiều quá trình hoạt động đồng thời Một hệ thống phức tạp hoạt theo phương hướng không định trước được, các mối quan hệ nguyên nhân kết quả cũng khó lường trước do các quy trình không thống nhất, không có liên kết chặt chẽ trong hệ thống Đặc trưng của hệ thống phức tạp là được cấu tạo bởi nhiều hệ thống con khác nhau nhưng lại không đồng nhất, do vậy, tác động của môi trường lên các hệ thống con sẽ gây ra tác động đến toàn

bộ hệ thống Mức độ tác động này là cao hay thấp phụ thuộc vào vai trò của hệ thống con trong mối quan hệ với các đơn vị hệ thống khác Chính vì vậy, trong quá trình quản lý hoạt động của hệ thống cần nghiên cứu các yếu tố đầu vào và cấu trúc của hệ thống để hạn chế những biến đổi không mong muốn

Một hệ thống nói chung ít nhạy cảm với các ảnh hưởng cấu trúc bên ngoài so với cấu trúc nội bộ Tuy nhiên, hệ thống phức tạp có thể không xảy ra sự thay đổi các thông số nội bộ

Do việc tăng hoặc giảm giá trị của chúng được vô hiệu hóa bởi nhiều loại phản hồi tiêu cực và những thay đổi này ít ảnh hưởng đến hành vi của hệ thống Hệ thống phản hồi tiêu cực tuyến tính, ổn định hoặc không ổn định bất kể sử dụng tín hiệu đầu vào nào Hệ thống phản hồi phi tuyến tính có thể ổn định đối với một số tín hiệu đầu vào nhưng không ổn định đối với các tín hiệu đầu vào khác

2.5 Các cách phân loại khác

2.5.1 Hệ thống có thể phân nhỏ, gần như có thể phân nhỏ và không thể phân nhỏ

Simon (1968) dựa vào đặc điểm các mối liên kết giữa các phần tử trong hệ thống để chia hệ thống thành ba loại, bao gồm: hệ thống có thể phân nhỏ (decomposable system), hệ thống gần như có thể phân nhỏ (nearly decomposable system) và hệ thống không thể phân nhỏ (non­decomposable systems)

Trong hệ thống có thể phân nhỏ (decomposable system), các tiểu hệ thống tồn tại độc

lập Kết quả của quá trình phân nhỏ là các tiểu hệ thống độc lập hoạt động như một hệ thống mới không có liên kết với các tiểu hệ thống khác hoặc có liên kết nhưng không đáng kể

Hệ thống gần như có thể phân nhỏ (nearly decomposable system) được cấu tạo bởi các

đơn vị phần tử mà quan hệ tương tác giữa các phần tử này thường yếu hơn so với mức độ tương tác với môi trường bên ngoài Hệ thống gần như có thể phân nhỏ chịu tác động từ môi trường bên ngoài và chuyển thành hệ thống có thể phân nhỏ tự nhiên

Hệ thống không thể phân nhỏ (non­decomposable systems) là hệ thống phụ thuộc trực

tiếp vào các hệ thống khác hoặc chịu ảnh hưởng từ các hệ thống đó Trong hệ thống không thể phân nhỏ, mối liên kết giữa các phần tử và tiểu hệ thống rất chặt chẽ, nếu không có yếu tố từ môi trường xung quanh tác động đủ mạnh thì hệ thống này sẽ cố định trong một khoảng thời gian dài

2.5.2 Hệ thống hướng đích

Ackoff (1971) đưa ra cách phân loại khác về hệ thống dựa trên hành vi và chức năng của toàn bộ hệ thống Theo đó, các hệ thống nỗ lực duy trì và hoàn thành các mục tiêu đã được xác định trước Mục tiêu này chỉ thay đổi khi có điều kiện thích hợp để điều chỉnh Cụ thể, theo cách phân loại hệ thống hướng đích (goal­maintaining systems), có ba loại hệ thống, bao gồm: hệ thống tìm kiếm mục tiêu (goal­seeking systems), hệ thống tìm kiếm đa mục tiêu (multigoal­seeking systems), và hệ thống phản ánh và thay đổi mục tiêu (reflective, goal­changing systems)

Hệ thống hướng đích được thiết lập sẵn theo một quy trình và có cơ chế hoạt động nhất định Vì vậy, các thay đổi của phần tử hệ thống sẽ được thiết lập trước dựa trên bộ nhớ của hệ thống, các hành vi biến đổi trong hệ thống được xử lý theo những hành vi trước đây do đó không làm thay đổi kết quả của hệ thống Hệ thống bảo trì mục tiêu thường là hệ thống điều khiển được bởi hành vi của con người

Trong các hệ thống tìm kiếm mục tiêu (goal­seeking systems), có thể lựa chọn cách xử

lý các hành vi biến đổi trong hệ thống Các hành vi được lưu trữ trong một bộ nhớ đơn giản cho phép thay đổi dựa trên quá trình học hỏi Bộ điều chỉnh tự động có chức năng duy trì độ cao và tốc độ đã được cài đặt trước

Các hệ thống tìm kiếm đa mục tiêu (multigoal­seeking systems) có khả năng lựa chọn

các hành động để phản ứng lại những thay đổi trong môi trường nội bộ Việc thay đổi mục tiêu tự động như vậy đòi hỏi các phương án thay thế cụ thể Nói chung, hệ thống có khả năng xác định phương thức hành động nhằm thu được hiệu quả cao nhất Điều kiện tiên quyết của

hệ thống tìm kiếm đa mục tiêu là cần có một bộ nhớ mở rộng có khả năng lưu trữ và truy xuất thông tin nhanh chóng

Hệ thống phản ánh và thay đổi mục tiêu (reflective, goal­changing systems) phản ánh

các quyết định được đưa ra Thông tin thu thập và lưu trữ trong bộ nhớ được kiểm tra để đưa

ra các lựa chọn thay thế cho hành động Mục đích, quyền tự chủ, quá trình học hỏi và ý thức

là các yếu tố then chốt xác định quá trình này Hệ thống phản ánh và thay đổi mục tiêu chỉ tồn tại trong các hệ thống sống

2.5.3 Hệ thống tĩnh và động

Một cách phân loại phổ biến khác về hệ thống là hệ thống được chia làm hai loại, bao gồm hệ thống động (dynamic systems) và hệ thống tĩnh (static systems) Việc phân loại theo tiêu chí này chỉ được thực hiện một cách tương đối, do trên thực tế việc chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của hệ thống luôn đòi hỏi một khoảng thời gian nhất định Nếu khoảng thời gian này tương đối dài, hệ thống được xem không phụ thuộc vào thời gian, do vậy gọi là hệ thống tĩnh Còn nếu quá trình chuyển đổi trạng thái quá ngắn, tức hệ thống thay đổi trạng thái tức thời thì được gọi là hệ thống động

Hệ thống tĩnh là hệ thống có cấu trúc ổn định và toàn bộ hệ thống không thực hiện bất

cứ hành động nào Hệ thống tĩnh có thể bao gồm hai hay nhiều đơn vị phần tử hoặc các hệ thống con, tất cả các hệ thống đều là hệ thống đóng và cụ thể Do vậy, đơn vị phần tử và các mối liên hệ giữa chúng có thể được xác định trước Trong hệ thống tĩnh, cấu trúc và các mối liên hệ được đánh giá là khá chặt chẽ, thay đổi một đơn vị phần tử có thể ảnh hưởng đến cấu trúc, chức năng của toàn bộ hệ thống

Ngược lại, hệ thống động có cấu trúc thường xuyên thay đổi do thay đổi các mối liên kết giữa các bộ phận của hệ thống, tuy nhiên cấu trúc này thay đổi theo một chu kỳ nhất định Thành phần cấu tạo của hệ thống động có thể bao gồm các hệ thống đóng, mở và hệ thống sống, vì vậy, mối liên hệ giữa các hệ thống con là không chặt chẽ, dễ dàng thay đổi

2.5.4 Hệ thống mô phỏng và không thể mô phỏng

Hệ thống mô phỏng (simulative systems) và hệ thống không thể mô phỏng (non­simulative systems) được phân loại dựa trên khả năng phản ánh tác động của hệ thống lên môi trường thông qua các hiệu ứng tuyến tính và phi tuyến tính

Hệ thống không thể mô phỏng (non­simulative systems) là hệ thống thường xuyên biến

đổi khi có sự thay đổi của các yếu tố đầu vào Hệ thống không mô phỏng thường có quy mô

tương đối lớn và phức tạp, các cấu trúc phần tử thường khó xác định trước Khi đơn vị phần

tử hay hệ thống con có một sự thay đổi nhỏ cũng có thể biến đổi toàn bộ hệ thống

Hệ thống mô phỏng (simulative systems) là hệ thống có cấu trúc tương đối đơn giản, do có

tính chất mô phỏng vì vậy hệ thống được đánh giá ổn định trong một khoảng thời gian tương đối dài Hệ thống mô phỏng và không mô phỏng thường xuất hiện cùng với nhau chỉ khác về quy mô hệ thống như hệ thống xã hội với hệ thống pháp luật, thiên nhiên với hệ mặt trời…

3 HỆ THỐNG VÀ THAY ĐỔI

3.1 Điều khiển học và các khái niệm xác định hệ thống quy trình

3.1.1 Khái quát về điều khiển học

Từ khi thuật ngữ “điều khiển học” xuất hiện, các nhà khoa học đã tập trung vào những lỗi sai trong hệ thống truyền thông thông tin và kiểm soát phức tạp Trong điều khiển học, khái niệm về liên lạc và kiểm soát có mối quan hệ mật thiết với nhau Các thông tin liên quan đến chức năng và kiểm soát được trao đổi giữa các bộ phận của hệ thống cũng như giữa hệ thống với môi trường xung quanh Mục đích của những thông tin này là đạt được điều kiện cân bằng hay nói cách khác là duy trì được khả năng hoạt động của hệ thống

Trên thực tế, những hệ thống kiểm soát điều khiển tiêu thụ năng lượng ít hoặc không đáng kể khi vận hành thường cho hiệu quả cao Điều này xảy ra khi chức năng cơ bản của nó

là xử lý thông tin chứ không phải là truyền năng lượng Việc kiểm soát điều khiển cần phải được phân biệt với sự khuyếc đại của dòng chảy bị tác động, điều này cũng có thể xảy ra khi

có sự tồn tại của sự khuyếc đại

Sự kiểm soát thuộc điều khiển học thường được thực hiện cùng với những phương pháp

đo lường hiệu quả Có ba phương pháp đo lường thường được sử dụng như sau:

 Đo lường hiệu quả chất lượng: là thước mức độ hệ thống đạt được chuyển đổi dự kiến;

 Đo lường hiệu quả sử dụng tài nguyên: thước đo trong phạm vi mà hệ thống đạt được

sự chuyển đổi như mong muốn mà chỉ sử dụng nguồn tài nguyên ở mức tối thiểu;

 Hiệu quả công suất/ khả năng thực hiện: đây là thước đo trong phạm vi mà ở đó hệ thống đóng góp vào mục đích của một hệ thống ở mức độ cao hơn mà hệ thống này là một tiểu hệ thống trực thuộc Điều khiển có thể được định nghĩa là sự tác động có mục đích hướng tới mục tiêu đã được định sẵn liên quan tới việc so sánh liên tục những trạng thái hiện tại với mục đích trong tương lai Điều khiển là:

o Xử lý thông tin;

o Lên chương trình;