第02章系统科学与系统工程

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1、第2章系统科学与系统工程学习要点1．了解现代系统科学体系2．熟悉系统理论3．掌握系统工程定义及基本观点4．掌握系统工程的基础理论5.掌握系统工程的方法论2.1系统科学体系2.1.1现代系统科学体系2.1.1.1系统科学的形成与发展系统科学的形成是认识论和科学技术发展的结果，从认识论上看，它是在系统思想从经验上升到哲学，从思辨进展到定性、再到定量的发展中形成的，体现了从整体论到还原论、再到整体—还原论的发展历程；从科学技术发展方面看，科学技术的发展使人们在从微观到宏观、直至宇观的所有层次中从物质世界到生物界、再到人类社会的所有领域的认识进一步深化，尤其是一般系统论、运筹学、控制论和信息论等现代

2、科学技术的出现，使系统思想在辩证唯物论那里取得了哲学表达形式的同时又获得了数学表达形式和计算工具，从而形成了既有哲学表达形式、又有定量描述形式和计算工具的观念、理论、技术、方法齐全的科学——系统科学。随着人们认识的进一步深化，在将系统组织成有序结构的过程中，提高组织效能成为系统科学的研究重点。贝尔纳图样、激光、超导等现象的出现并成功得到解释，说明系统的组织除“他组织”外尚存在“自组织”，以往人们只注意“他组织”，而忽视“自组织”，因此开始了以非线性理论研究为基础的自组织理论研究，如普里高津的耗散结构理论、哈肯的协同学、艾根的超循环理论等。随着科学技术的进一步发展，人们面临的问题越来越复杂、规

3、模越来越大。什么是复杂性、它是怎么产生的、应如何研究这类系统等问题急需解决，因此科学家们进行了大量研究，提出了很多新的理论与方法，其中美国圣菲研究所提出的复杂适应系统理论、钱学森教授提出的开放复杂巨系统理论与方法最具代表性。这些理论和方法的产生，大大丰富了系统科学，也促进了系统科学的发展。当前系统科学仍有很多尚未开发的领域和尚未研究的空白，需要更多创新性的理论、技术、方法和工具，具有广阔的发展空间。2.1.1.2现代系统科学体系钱学森教授于1996年构造设计的系统科学体系见图2.1.1[2]。29马克思主义哲学——人认识客观和主观世界的科学哲学性智量智本表摘自《系统科学》许国志第13页图2.

4、1.1系统科学体系文艺活动美学建筑哲学人学军事哲学地理哲学人天观认识论系统论数学哲学唯物史观自然辩证法桥梁文艺理论建行军地人思系数社自基础理论筑科为科事科理科体科维科统科学科会科然科技术科学文艺创作学学学学学学学学学学应用技术实践经验知识库和哲学思维前科学不成文的实践感受按钱学森教授的构想，现代科学技术体系纵向可分为四个层次，即哲学、基础科学、技术科学和工程技术；横向可由自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、人体科学和思维科学组成。系统科学是在自然科学、社会科学和数学科学之外正在形成的一个新的学科体系。钱学森教授认为，在系统科学中，直接与改造客观世界的社会实践相联系的是一类新的工程学，即系

5、统工程、自动化技术和通信技术，它们属工程技术层次的科学，这类工程技术的共同基础理论是运筹学、控制论和信息论，它们属技术科学层次的科学。系统科学也像自然科学一样有基础科学，构筑这门基础科学的材料一方面来自工程技术实践中提炼的技术科学，即运筹学、控制论和信息论；另一方面来自自然科学和数学科学中的系统理论，如冯·贝塔朗费的一般系统理论和理论生物学、普里高津的耗散结构理论、哈肯的协同学、托姆的突变论、艾肯的生命自组织超循环理论等，把上述两方面的材料，融汇贯通、综合发展就可能建立起系统科学的基础科学、适应于一切系统的一般理论——系统学。系统科学从各门系统工程到运筹学、控制论和信息论，再到系统学就形成了

6、一个体系——系统科学。从马克思主义哲学到系统学的桥梁可以称为“系统观”或“系统论”，它将成为辩证唯物主义的一个组成部分。2.1.2系统理论29在系统科学中，构成系统学的几个基本理论是：一般系统理论、运筹学、控制论、信息论、协同论、突变论和耗散结构以及复杂适应系统理论、开放复杂巨系统理论等。2.1.2.1一般系统理论该理论是美籍奥地利理论生物学家冯·贝塔朗费创立的逻辑和数学领域的科学，其目的是为了要建立适用于系统的一般原则并对系统的共性进行概括。一般系统理论起源于机体论，是从人与生物出发的一种与机械论相对立的生物学理论。冯·贝塔朗费指出机械论的三个基本错误是：简单分解，简单叠加；机械观点；被动

7、反应观点。冯·贝塔朗费针对“简单分解、简单相加原理”，提出了“非加和”原理和“整体大于部分之和”的概念。他认为：把有机体分解为各要素，并简单相加以说明机体的属性是错误的，把孤立的各组成部分的活动性质和活动方式简单的相加，不能说明高一级水平的活动性质和活动方式。如果了解各组成部分之间存在的全部关系，则高一级水平的活动就能从各组成部分的关系中推导出来。因此，要了解事物的整体特性，就要了解各组成部分，更要了解它们之