Hệ thống mở (lý thuyết hệ thống)

Hệ thống mở là một hệ thống thực hiện trao đổi năng lượng, vật chất và thông tin với môi trường xung quanh nó. Tính mở của hệ thống có nghĩa là hệ thống liên tục tương tác với bối cảnh, thay đổi dưới tác động của các nhân tố bên ngoài và có khả năng thích nghi với các điều kiện luôn biến đổi.

Bản chất khái niệm

Hệ thống mở được xác định thông qua sự hiện diện của:

• các luồng đầu vào (tài nguyên, tín hiệu, tác động);
• các luồng đầu ra (sản phẩm, kết quả, phản hồi);
• sự trao đổi liên tục với môi trường thông qua các đầu vào và đầu ra.

Hệ thống như vậy thay đổi trạng thái nội tại của mình để đáp ứng các tác động bên ngoài và đến lượt mình, tác động lên môi trường thông qua các đầu ra của nó.

Đặc trưng của hệ thống mở

Các hệ thống mở sở hữu một số đặc trưng tiêu biểu:

• có ranh giới thẩm thấu, cho phép trao đổi với môi trường xung quanh;
• trạng thái nội tại phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài;
• khả năng thích nghi và tự tổ chức;
• tham gia vào các luồng năng lượng, vật chất và thông tin;
• khả năng phát triển nhờ dòng tài nguyên từ bên ngoài.

Các hệ thống mở thường ở trạng thái cân bằng động với môi trường bên ngoài.

Hệ thống mở và hệ thống đóng

Đối lập với hệ thống mở là các hệ thống đóng quy ước, những hệ thống tương tác tối thiểu với môi trường bên ngoài hoặc được mô hình hóa mà không tính đến các trao đổi bên ngoài.

Trên thực tế, phần lớn các hệ thống tự nhiên, kỹ thuật và xã hội đều là hệ thống mở, còn các hệ thống đóng được xem xét như các mô hình trừu tượng nhằm đơn giản hóa việc phân tích.

Hệ thống mở trong phân tích hệ thống

Trong phân tích hệ thống, tính mở của hệ thống được tính đến khi:

• xác định bối cảnh của hệ thống;
• thiết lập các đầu vào và đầu ra;
• xây dựng các mô hình trao đổi tài nguyên và thông tin;
• phân tích tính ổn định, khả năng thích nghi và sự tiến hóa của hệ thống.

Hiểu được tính mở của hệ thống cho phép đánh giá chính xác hành vi của nó trong môi trường năng động và tính đến tác động của các thay đổi bên ngoài lên các quá trình nội tại.

Tính mở và vòng đời của hệ thống

Trong suốt vòng đời, hệ thống mở liên tục tương tác với môi trường xung quanh, điều này ảnh hưởng đến:

• sự thay đổi mục tiêu và chức năng của nó;
• việc cập nhật cấu trúc và thành phần các phần tử;
• sự cần thiết phải thích nghi các chiến lược vận hành.

Tính mở của hệ thống đòi hỏi phải thường xuyên phân tích các điều kiện bên ngoài và quản lý thích nghi.

Ví dụ về hệ thống mở

• Các sinh vật sinh học trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh.
• Các tổ chức phản ứng với những thay đổi của thị trường, môi trường pháp lý và các điều kiện xã hội.
• Các hệ thống kỹ thuật nhận dữ liệu từ các cảm biến bên ngoài và điều khiển các đối tượng bên ngoài.

Các khía cạnh phương pháp luận

Khi mô hình hóa các hệ thống mở, cần phải:

• tính đến động lực của môi trường bên ngoài;
• mô hình hóa các luồng giữa hệ thống và bối cảnh;
• mô tả các cơ chế thích nghi và điều tiết.

Các mô hình hệ thống mở thường sử dụng các khái niệm về cân bằng bền vững, luồng và tự tổ chức.

Liên hệ với các khái niệm khác

• Hệ thống
• Môi trường của hệ thống
• Ranh giới của hệ thống
• Đầu vào và đầu ra
• Chức năng
• Mô hình hệ thống