系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程概述

1、第一章系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程-11 -第一章系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程1.1 系統(tǒng)科學(xué)半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),在國(guó)際上“系統(tǒng)”作為一個(gè)研究對(duì)象引起了很多人的注意,吸引了 眾多領(lǐng)域的專家從事研究和應(yīng)用,并逐步形成了一門新興的學(xué)科體系,即“系統(tǒng)科學(xué)”?！跋到y(tǒng)” （system）這一概念來(lái)源于人類長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐。 人們認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界的過(guò)程是 一個(gè)不斷深化的過(guò)程。在古代,哲學(xué)家往往把世界看成一個(gè)整體,尋求共性和統(tǒng)一,但由 于科學(xué)技術(shù)理論的貧乏,又缺乏觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)手段,所以對(duì)很多事物只能看到一些輪廓和表 面現(xiàn)象,往往是只見森林而不見樹木。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,理論逐漸豐富,工具與手段 更先進(jìn)了,認(rèn)識(shí)也逐步深化,但仍受到當(dāng)時(shí)科學(xué)技

2、術(shù)水平的限制和世界觀的局限,往往又 只看到一些局部現(xiàn)象,致力于對(duì)微觀現(xiàn)象的研究,以致只見樹木而不見森林。進(jìn)入19 世紀(jì)以來(lái),認(rèn)識(shí)不斷深化。在對(duì)個(gè)體、對(duì)局部有了更多、更深的了解以后,再把這些分散的認(rèn) 識(shí)聯(lián)系起來(lái),才看到了事物的整體,以及構(gòu)成整體的各個(gè)部分之間的相互聯(lián)系,從而形成 了科學(xué)的系統(tǒng)觀?，F(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展比過(guò)去更要求在多種學(xué)科門類之間進(jìn)行相互滲透,這是 在更深刻地分析的基礎(chǔ)上向更高一級(jí)綜合發(fā)展的新階段,因而出現(xiàn)了許多交叉學(xué)科與邊緣 學(xué)科。系統(tǒng)科學(xué)也就是在這種背景下,在研究控制論、信息論、運(yùn)籌學(xué)和一般系統(tǒng)論的過(guò) 程中產(chǎn)生的一門交叉性學(xué)科。現(xiàn)在它已發(fā)展成與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)并列的基礎(chǔ)科學(xué),是 一

3、門獨(dú)立于其他各門科學(xué)的學(xué)科。1.1.1 什么是系統(tǒng)“系統(tǒng)” 一詞來(lái)源于拉丁語(yǔ)的systema, 般認(rèn)為是“群”與“集合”的意思。長(zhǎng)期以來(lái)，它存在于自然界、人類社會(huì)以及人類思維描述的各個(gè)領(lǐng)域，早已為人們所熟悉。它頻 繁出現(xiàn)在學(xué)術(shù)討論和社會(huì)生活中,但不同的人或同一個(gè)人在不同的場(chǎng)合會(huì)對(duì)它賦予不同的 含義。究竟什么是系統(tǒng)呢？我們?cè)诖瞬捎缅X學(xué)森給出的對(duì)系統(tǒng)的描述性定義： 系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體。 這個(gè)定義與類似的許多定義一樣, 指出了作為系統(tǒng)的三個(gè)基本特征： 系統(tǒng)是由若干元素組成的； 這些元素相互作用、相互依賴； 由于元素間的相互作用,使系統(tǒng)作為一個(gè)整體具有

4、特定的功能。雖然有關(guān)系統(tǒng)的定義有很多種,但都有包含了上述三個(gè)基本的特征,也即它們是系統(tǒng) 的基本出發(fā)點(diǎn)。因此，在美國(guó)的韋氏（Webster）大辭典中，“系統(tǒng)”一詞被解釋為“有組織的或被 組織化的整體；結(jié)合著的整體所形成的各種概念和原理的結(jié)合；由有規(guī)則的相互作用、相 互依賴的形式組成的諸要素集合?！痹谌毡镜腏IS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）中，“系統(tǒng)”被定義為“許 多組成要素保持有機(jī)的秩序向同一目的的行動(dòng)的集合體。 ”前蘇聯(lián)大百科全書中定義 “系統(tǒng)” 為“一些在相互關(guān)聯(lián)與聯(lián)系之下的要素組成的集合,形成了一定的整體性、統(tǒng)一性?！敝袊?guó)大百科全書自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程解釋“系統(tǒng)”是“由相互制約、相互作用的一些部 分組成

5、的具有某種功能的有機(jī)整體。 ” 1.1.2 系統(tǒng)的特征由系統(tǒng)的定義，不難總結(jié)出一般系統(tǒng)應(yīng)具有的下述特性。1整體性 系統(tǒng)整體性說(shuō)明，具有獨(dú)立功能的系統(tǒng)要素以及要素間的相互關(guān)系根據(jù)邏輯統(tǒng)一性的 要求，協(xié)商存在于系統(tǒng)整體之中。就是說(shuō)，任何一個(gè)要素不能離開整體去研究，要素之間 的聯(lián)系和作用也不能脫離整體去考慮。系統(tǒng)不是各個(gè)要素的簡(jiǎn)單集合，否則它就不會(huì)具有 作為整體的特定功能，而脫離了整體性，要素的機(jī)能和要素之間的作用便失去了原有的意 義，研究任何事物的單獨(dú)部分不能得出有關(guān)整體性的結(jié)論。系統(tǒng)的構(gòu)成要素和要素之間的 機(jī)能、要素間的相互聯(lián)系要服從系統(tǒng)整體的功能和目的，在整體功能的基礎(chǔ)上展開各要素 及相互之間

6、的活動(dòng)，這種活動(dòng)的總和形成了系統(tǒng)整體的有機(jī)行為。在一個(gè)系統(tǒng)整體中，即 使每個(gè)要素并不都很完善，但它們也可以協(xié)商、綜合成為具有良好功能的系統(tǒng)。相反，即 使每個(gè)要素都是良好的，但作為整體卻可能不具備某種良好的功能，也就不能稱之為完善 的系統(tǒng)。2. 集合性集合的概念就是把具有某種屬性的一些對(duì)象看成一個(gè)整體，從而形成一個(gè)集合。集合里的各個(gè)對(duì)象叫做集合的要素（子集）。系統(tǒng)的集合性表明，系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的可以互相區(qū)別的要素所組成的。這些要素可以是具體的物質(zhì)，也可以是抽象的或非物質(zhì)的軟 件、組織等。例如，一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般都是由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等硬件組成，同時(shí)還包含有操作系統(tǒng)、程序開發(fā)工

7、具、數(shù)據(jù)庫(kù)等軟件，它們形成一個(gè)完整的集合。3. 層次性系統(tǒng)作為一個(gè)相互作用的諸要素的總體來(lái)看，它可以分解為一系列的子系統(tǒng)，并存在 一定的層次結(jié)構(gòu)。這是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種形式。在系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中表述了在不同層次子系統(tǒng) 之間的從屬關(guān)系或相互作用的關(guān)系。在不同的層次結(jié)構(gòu)中的子系統(tǒng)存在著不同的運(yùn)動(dòng)形式，它們一起構(gòu)成了系統(tǒng)的整體運(yùn)動(dòng)特性，為深入研究復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和有效地進(jìn)行控 制與調(diào)節(jié)提供了條件。4相關(guān)性組成系統(tǒng)的要素是相互聯(lián)系、相互作用的，相關(guān)性說(shuō)明這些聯(lián)系之間的特定關(guān)系和演 變規(guī)律。例如，城市是一個(gè)大系統(tǒng)，它由資源系統(tǒng)、市政系統(tǒng)、文化教育系統(tǒng)、醫(yī)療衛(wèi)生 系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、郵電通

8、訊系統(tǒng)等相互聯(lián)系的部分組成，通過(guò) 系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)去完成城市生活和發(fā)展的特定目標(biāo)。各子系統(tǒng)之間具有密 切的關(guān)系，相互影響、相互制約、相互作用，牽一發(fā)而動(dòng)全身。要求系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng) 根據(jù)整體目標(biāo)，盡量避免系統(tǒng)的“內(nèi)耗” ，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行的效果。5 .目的性通常系統(tǒng)都具有某種目的。為達(dá)到既定的目的，系統(tǒng)都具有一定的功能，而這正是區(qū) 別這一系統(tǒng)和那一系統(tǒng)的標(biāo)志。系統(tǒng)的目的一般用更具體的目標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。比較復(fù)雜的社會(huì) 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)都具有不止一個(gè)目標(biāo)。因此，需要用一個(gè)指標(biāo)體系來(lái)描述系統(tǒng)的目標(biāo)。比如，衡 量一個(gè)工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)，不僅要考核它的產(chǎn)量、產(chǎn)值指標(biāo)，而且要考核它的成本、利 潤(rùn)和質(zhì)量指標(biāo)。

9、在指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)之間有時(shí)是相互矛盾的，為此，要從整體出發(fā)，力 求獲得全局最優(yōu)的經(jīng)營(yíng)效果，這就要求在矛盾的目標(biāo)之間做好協(xié)調(diào)工作，尋求平衡或折衷 方案。6.適應(yīng)性任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境之中，因此，它必然要與外界產(chǎn)生物質(zhì)、能量 和信息交換，外界環(huán)境的變化必然會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部各要素的變化。不能適應(yīng)環(huán)境變化的系 統(tǒng)是沒有生命力的，只有能夠經(jīng)常與外界環(huán)境保持最優(yōu)適應(yīng)狀態(tài)的系統(tǒng)，才是具有不斷發(fā) 展勢(shì)頭的理想系統(tǒng)。例如，一個(gè)企業(yè)必須經(jīng)常了解市場(chǎng)動(dòng)態(tài)、同類企業(yè)的經(jīng)營(yíng)動(dòng)向、有關(guān) 行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求等環(huán)境的變化，在此基礎(chǔ)上研究企業(yè)的經(jīng)營(yíng)策略，調(diào) 整企業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。1.1

10、.3系統(tǒng)的分類為了對(duì)系統(tǒng)的性質(zhì)加以研究,在自然界和人類社會(huì)中普遍存在著各種不同性質(zhì)的系統(tǒng)。 需要對(duì)系統(tǒng)存在的各種形態(tài)加以探討。1. 自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)按照系統(tǒng)的起源，自然系統(tǒng)是由自然過(guò)程產(chǎn)生的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)是自然物（礦物、植 物、動(dòng)物等）所形成的系統(tǒng)，像海洋系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等。人造系統(tǒng)則是人們將有關(guān)元素按 其屬性和相互關(guān)系組合而成的系統(tǒng)，如人類對(duì)自然物質(zhì)進(jìn)行加工，制造出各種機(jī)器所構(gòu)成 的各種工程系統(tǒng)。實(shí)際上，大多數(shù)系統(tǒng)是自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)。如在人造系統(tǒng)中，有許多是 人們運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，改造了自然系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的人造系統(tǒng)。 但是，值得注意的是，許多人造系統(tǒng)的出現(xiàn)，

11、卻破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，造成嚴(yán)重的 環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的破壞。近年來(lái)，系統(tǒng)工程愈來(lái)愈注意從自然系統(tǒng)的屬性和 關(guān)系中，探討研究人造系統(tǒng)。2. 實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)凡是以礦物、生物、機(jī)械和人群等實(shí)體行為構(gòu)成要素的系統(tǒng)稱之為實(shí)體系統(tǒng)。凡是由 概念、原理、原則、方法、制度、程序等概念性的非物質(zhì)實(shí)體所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為概念系統(tǒng)， 如管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等。在實(shí)際生活中，實(shí)體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)在多數(shù)情 況下是結(jié)合的，實(shí)體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而概念系統(tǒng)往往是實(shí)體系統(tǒng)的中樞神經(jīng)， 指導(dǎo)實(shí)體系統(tǒng)的行為。如軍事指揮系統(tǒng)中既包括軍事指揮員的思想、信息、原則、命令等 概念系統(tǒng)，也包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通

12、訊設(shè)備系統(tǒng)等實(shí)體系統(tǒng)。3動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的狀態(tài)變量隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，即系統(tǒng)的狀態(tài)變量是時(shí)間的函數(shù)。 而靜態(tài)系統(tǒng)則是表征系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的數(shù)學(xué)模型中不含有時(shí)間因素，即模型中的變量不隨時(shí) 間變化，它是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一種極限狀態(tài)，即處于穩(wěn)定的系統(tǒng)。例如一個(gè)化工生產(chǎn)系統(tǒng)是一 種連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，系統(tǒng)中的參數(shù)是隨著時(shí)間變化而變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。大多數(shù)系統(tǒng)都是動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)。但是，由于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中各種參數(shù)之間的相互關(guān)系是非常復(fù)雜的，要找出其中的規(guī)律 性非常困難。有時(shí)為了簡(jiǎn)化起見而假設(shè)系統(tǒng)是靜態(tài)的，或使系統(tǒng)中的參數(shù)隨時(shí)間變化的幅 度很小而視同靜態(tài)的。4. 開放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)開放系統(tǒng)是指系統(tǒng)與環(huán)境之間具有物質(zhì)、能

13、量與信息的交換的系統(tǒng)。例如，生態(tài)系統(tǒng)， 商業(yè)系統(tǒng)、工廠生產(chǎn)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)的不斷調(diào)整來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化， 以使其保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，并謀求發(fā)展。開放系統(tǒng)一般具有自適應(yīng)和自調(diào)節(jié)的功能。開放 系統(tǒng)是具有生命力的系統(tǒng)，一個(gè)國(guó)家，一個(gè)地區(qū)，一個(gè)企業(yè)都應(yīng)該是一個(gè)開放系統(tǒng)，通過(guò) 和外界環(huán)境不斷地交換物質(zhì)、能量和信息，而謀求不斷地發(fā)展。封閉系統(tǒng)是指系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)，能量和信息的交換，由系統(tǒng)的界限將環(huán)境與 系統(tǒng)隔開，因而呈一種封閉狀態(tài)的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)要能存在，要求該系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)子系 統(tǒng)及其相互關(guān)系之中存在著某種均衡關(guān)系，以保持系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。研究開放系統(tǒng)，不僅要研究系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，而

14、且要研究系統(tǒng)所處的外部環(huán)境， 剖析環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)的影響方式及影響的程度，以及環(huán)境隨機(jī)變化的因素。由于環(huán)境是動(dòng) 態(tài)變化著的，具有較大的不確定性，甚至出現(xiàn)突變的環(huán)境。所以當(dāng)一個(gè)開放系統(tǒng)存在于某 一特定環(huán)境之中時(shí)，該系統(tǒng)必須具有某些特定的功能。值得強(qiáng)調(diào)的是，現(xiàn)實(shí)世界中沒有完全意義上的封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)的開放性和封閉性概念 不能絕對(duì)化，只有作為相對(duì)的程度來(lái)衡量才比較符合實(shí)際。5. 簡(jiǎn)單系統(tǒng)、簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)和復(fù)雜巨系統(tǒng)按復(fù)雜程度可分為簡(jiǎn)單系統(tǒng)、簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)和復(fù)雜巨系統(tǒng)。簡(jiǎn)單系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的子 系統(tǒng)（要素）數(shù)量比較少，而且子系統(tǒng)之間的關(guān)系也比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，如一個(gè)工廠、一臺(tái) 設(shè)備等。簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)數(shù)

15、量非常多、種類相對(duì)也比較多（如幾十種、甚至 上百種），但它們之間的關(guān)系較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，如激光系統(tǒng)等。研究處理這類系統(tǒng)的方法不 同于一般系統(tǒng)的直接綜合法，而是采用統(tǒng)計(jì)方法加以概括，耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)理論在 這方面作出了突出的貢獻(xiàn)。復(fù)雜巨系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)數(shù)量很多，具有層次結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系又極其 復(fù)雜的系統(tǒng)，如生物體系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等。其中社會(huì)系統(tǒng)是以有意識(shí)活動(dòng)的人 作為子系統(tǒng)的，是最復(fù)雜的系統(tǒng)，所以又稱為特殊的復(fù)雜巨系統(tǒng)。這些系統(tǒng)又都是開放的， 所以也稱為開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。目前，研究、處理開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法尚在探討中。1.1.4研究問題的系統(tǒng)科學(xué)思想學(xué)習(xí)與研究系統(tǒng)科學(xué)為的是

16、用系統(tǒng)的思想去分析問題、解決問題。在這過(guò)程中，大致 可以從下面三個(gè)方面入手。1. 研究方法的整體性這是指既要把研究對(duì)象看作是一個(gè)整體，又要把研究對(duì)象的過(guò)程看作為一個(gè)整體，從 整體與部分、整體與環(huán)境相互聯(lián)系、相互制約、相互依賴的關(guān)系中揭示研究對(duì)象的性質(zhì)和 運(yùn)動(dòng)規(guī)律。也就是說(shuō)，一方面要把研究對(duì)象看作是一個(gè)為實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)、由若干要素結(jié)合 成的整體來(lái)處理，即使它是由各個(gè)結(jié)構(gòu)和功能不同的部分組成；另一方面把研究對(duì)象的研 制過(guò)程也作為一個(gè)整體來(lái)對(duì)待，即將整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用等 過(guò)程作為一個(gè)整體，分析這些工作環(huán)節(jié)的聯(lián)系，建立系統(tǒng)研制全過(guò)程的模型，全面考慮和 改善整個(gè)工作過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)綜

17、合最優(yōu)化。在處理子系統(tǒng)與子系統(tǒng)，或者子系統(tǒng)與系統(tǒng)之間 的關(guān)系時(shí)，都應(yīng)以整體最優(yōu)為出發(fā)點(diǎn)來(lái)選擇解決方案，并協(xié)調(diào)好局部和整體之間的關(guān)系。為揭示和把握研究對(duì)象的整體性，常采取的方法是綜合一分析一綜合的模式。即首先 從整體出發(fā)，對(duì)事物進(jìn)行綜合研究；然后以綜合為指導(dǎo)，對(duì)事物的組成部分分別進(jìn)行分析， 研究它們之間的內(nèi)在聯(lián)系；最后以分析為基礎(chǔ)再進(jìn)行整體的綜合研究。2. 處理問題的綜合性綜合性包括以下幾方面的內(nèi)容。系統(tǒng)目標(biāo)的多樣性與綜合性，即要統(tǒng)籌兼顧，綜合考慮，而不能顧此失彼； 處理問題時(shí)要全面綜合考慮某項(xiàng)措施可能產(chǎn)生的多方面后果，防患于未然； 綜合利用多種技術(shù)，形成新的技術(shù)綜合體。一個(gè)大型復(fù)雜的系統(tǒng)，往往

18、是一個(gè)技 術(shù)綜合體，需要多方面的技術(shù)，僅靠某一領(lǐng)域的技術(shù)是不夠的，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出 發(fā)，尤其強(qiáng)調(diào)綜合應(yīng)用各個(gè)學(xué)科和各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的成就，使各種技術(shù)相互配合 達(dá)到系統(tǒng)整體最優(yōu)。一種新的技術(shù)綜合體的出現(xiàn)并不在于科學(xué)技術(shù)有重大發(fā)明或 突破，而是綜合應(yīng)用各種技術(shù)的升級(jí)、發(fā)展所產(chǎn)生的效果。3. 組織管理上的科學(xué)化和現(xiàn)代化系統(tǒng)的整體性和綜合性客觀上要求管理的科學(xué)化和現(xiàn)代化。由于研究對(duì)象在規(guī)模、結(jié) 構(gòu)、層次、相互關(guān)系等方面日趨復(fù)雜化，技術(shù)綜合的應(yīng)用日益廣泛，這就使得原來(lái)那種單 憑經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)管理或小生產(chǎn)管理方式，顯得力不從心，不能適應(yīng)客觀的需要。管理科學(xué)化 就是要按照科學(xué)規(guī)律辦事，其涉及的內(nèi)容極其廣泛，包括組織

19、結(jié)構(gòu)、管理體制和人員配備 的分析，工作環(huán)境的布局，程序步驟的組織，以及工程進(jìn)度的計(jì)劃與控制等。管理現(xiàn)代化 主要是管理工作信息化、 自動(dòng)化和最優(yōu)化，以適應(yīng)處理日益復(fù)雜的系統(tǒng)問題。1.2系統(tǒng)工程1.2.1 什么是系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程在系統(tǒng)科學(xué)結(jié)構(gòu)體系中屬于工程技術(shù)類，是一門處于發(fā)展階段的新興學(xué)科， 其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。由于它與其他學(xué)科相互滲透、相互影響，不同專業(yè)領(lǐng)域的人對(duì)其理 解不盡相同，因此，要給出一個(gè)統(tǒng)一的定義比較困難。一般認(rèn)為用定量和定性相結(jié)合的系 統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法處理大型復(fù)雜系統(tǒng)的問題，無(wú)論是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或組織建立，還是系統(tǒng)的 經(jīng)營(yíng)管理，都可以看成是一種工程實(shí)踐，都可以統(tǒng)稱為系統(tǒng)工程。下面列舉國(guó)

20、內(nèi)外學(xué)術(shù)和工程界對(duì)系統(tǒng)工程所作的解釋，以幫助我們認(rèn)識(shí)系統(tǒng)工程這門 學(xué)科的內(nèi)涵。(1) 中國(guó)著名學(xué)者錢學(xué)森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制 造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法”，“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)”。(2) 美國(guó)著名學(xué)者 H.切斯納(H.Chestnut)指出：“系統(tǒng)工程認(rèn)為雖然每個(gè)系統(tǒng)都由 許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關(guān)系，但是每一個(gè)系統(tǒng)都是完整的整體，每一個(gè)系統(tǒng)都要求有一個(gè)或若干個(gè)目標(biāo)。系統(tǒng)工程則是按照各個(gè)目標(biāo) 進(jìn)行權(quán)衡，全面求得最優(yōu)解(或滿意解)的方法，并使各部分能夠最大限度地互相適應(yīng)。(3) 日本學(xué)者三浦武雄指出：“系統(tǒng)工程與其它工程

21、學(xué)不同之處在于它是跨越許多學(xué) 科的科學(xué)，而且是填補(bǔ)這些學(xué)科邊界空白的邊緣科學(xué)。因?yàn)橄到y(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)， 而系統(tǒng)不僅涉及到工程學(xué)的領(lǐng)域，還涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等領(lǐng)域，為了圓滿解決這些交叉領(lǐng)域的問題，除了需要某些縱向的專門技術(shù)以外，還要有一種技術(shù)從橫向把它們組織 起來(lái)，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程。也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術(shù)和理論等體系化的 總稱。（4） 中國(guó)大百科全書自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程卷指出：“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)用系統(tǒng)的工程技術(shù)。它是系統(tǒng)科學(xué)中直接改造世界的工程技術(shù)?！保?）日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定：“系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織

22、結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)?！保?）美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-499A定義：“系統(tǒng)工程是將科學(xué)和工程技術(shù)的成就應(yīng)用于：（i）通過(guò)運(yùn)用定義、綜合、分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)的反復(fù)迭代過(guò)程，將作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn) 變?yōu)橐唤M系統(tǒng)性能參數(shù)和系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的描述；（ii）綜合有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，確保所有物理、功能和程序接口的兼容性，以便優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的定義和設(shè)計(jì)；（iii）將可靠性、維修性、安全性、生存性、人素工程和其它有關(guān)因素綜合到整個(gè)工程工作之中，以滿足費(fèi)用、進(jìn)度、保障性和技術(shù)性能指標(biāo)?！?1.2.2系統(tǒng)工程解決問題的主要特點(diǎn)系統(tǒng)工程的研究對(duì)象是大型復(fù)雜的人工系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)；系統(tǒng)工程的內(nèi)容是組織協(xié)調(diào)

23、 系統(tǒng)內(nèi)部各要素的活動(dòng)，使各要素為實(shí)現(xiàn)整體目標(biāo)發(fā)揮適當(dāng)作用，系統(tǒng)工程的目的是實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)整體目標(biāo)最優(yōu)化。因此，系統(tǒng)工程是一門現(xiàn)代化的組織管理技術(shù)，是特殊的工程技術(shù)， 是跨越許多學(xué)科的邊緣科學(xué)。系統(tǒng)工程具有下列一些特點(diǎn)。1整體性（系統(tǒng)性）整體性是系統(tǒng)工程最基本的特點(diǎn)，系統(tǒng)工程把所研究的對(duì)象看成一個(gè)整體系統(tǒng)，這個(gè) 整體系統(tǒng)又是由若干部分（要素與子系統(tǒng)）有機(jī)結(jié)合而成的。因此，系統(tǒng)工程在研制系統(tǒng) 時(shí)總是從整體性出發(fā)，從整體與部分之間相互依賴、相互制約的關(guān)系中去揭示系統(tǒng)的特征 和規(guī)律，從整體最優(yōu)化出發(fā)去實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各組成部分的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。2. 關(guān)聯(lián)性（協(xié)調(diào)性）用系統(tǒng)工程方法去分析和處理問題時(shí)，不僅要考慮部分與部

24、分之間、部分與整體之間 的相互關(guān)系，而且還要認(rèn)真地協(xié)調(diào)它們的關(guān)系。因?yàn)橄到y(tǒng)各部分之間、各部分與整體之間 的相互關(guān)系和作用直接影響到整體系統(tǒng)的性能，協(xié)調(diào)它們的關(guān)系便可提高整體系統(tǒng)的性能。3. 綜合性（父叉性）系統(tǒng)工程以大型復(fù)雜的人工系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)為研究對(duì)象，這些系統(tǒng)涉及的因素很多， 涉及的學(xué)科領(lǐng)域也較為廣泛。因此，系統(tǒng)工程必須綜合研究各種因素，綜合運(yùn)用各門學(xué)科 和技術(shù)領(lǐng)域的成就，從整體目標(biāo)出發(fā)使各門學(xué)科、各種技術(shù)有機(jī)地配合，綜合運(yùn)用，以達(dá) 到整體優(yōu)化的目的。如把人類送上月球的“阿波羅登月計(jì)劃”，就是綜合運(yùn)用各學(xué)科、各領(lǐng)域成就的產(chǎn)物，這樣一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的工程沒有采用一種新技術(shù)，而完全是綜合運(yùn)用現(xiàn)有

25、 科學(xué)技術(shù)的結(jié)果。4. 滿意性（最優(yōu)化）系統(tǒng)工程是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化的組織管理技術(shù)，因此，系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)化是系統(tǒng)工 程所追求并要達(dá)到的目的。由于整體性是系統(tǒng)工程最基本的特點(diǎn)，所以系統(tǒng)工程并不追求 構(gòu)成系統(tǒng)的個(gè)別部分最優(yōu)，而是通過(guò)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的關(guān)系，使系統(tǒng)整體目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。1.2.3系統(tǒng)工程的學(xué)科交叉特征系統(tǒng)工程是以研究大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)為對(duì)象的一門交叉學(xué)科。它把自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué) 中的某些理論、方法、思想、策略和手段等根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，把人 們的生產(chǎn)、科研或經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有效地組織起來(lái)，應(yīng)用定量與定性分析相結(jié)合的方法和計(jì)算機(jī) 等技術(shù)工具，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制

26、等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、 制造和服務(wù)，從而達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目的，以便最充分地發(fā)揮人力、 物力、財(cái)力和潛力，通過(guò)各種管理技術(shù)，使局部和整體之間的關(guān)系協(xié)調(diào)配合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的綜合最優(yōu)化。1.2.4系統(tǒng)工程的研究對(duì)象與內(nèi)容系統(tǒng)工程是一門工程技術(shù)，但它與機(jī)械工程、電子工程、水利工程等具體的工程學(xué)的 某些特征又不盡相同。各門工程學(xué)都有其特定的工程物質(zhì)對(duì)應(yīng)，而系統(tǒng)工程的對(duì)象，則不 限定于某種特定的工程物質(zhì)對(duì)象，任何一種物質(zhì)系統(tǒng)都能成為它的研究對(duì)象，而且還不只 限于物質(zhì)系統(tǒng)，還可以是自然系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等等。由于系統(tǒng)工程處理的對(duì)象主要是信息，國(guó)外的有些學(xué)者認(rèn)為系統(tǒng)工

27、程是“軟科學(xué)” (soft science)。系統(tǒng)工程的主要內(nèi)容包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模型化、系統(tǒng)的最優(yōu)化、系統(tǒng)的 組織管理、系統(tǒng)評(píng)價(jià)、系統(tǒng)預(yù)測(cè)與決策等。其基本任務(wù)是研究系統(tǒng)模型化、系統(tǒng)優(yōu)化與系 統(tǒng)評(píng)價(jià)。為了實(shí)現(xiàn)和完成系統(tǒng)目標(biāo)及任務(wù)，系統(tǒng)工程在其方法論的思想下要運(yùn)用一定的具 體方法與手段，即系統(tǒng)工程技術(shù)。常用的系統(tǒng)工程技術(shù)有系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)、系統(tǒng)組織管理技 術(shù)、系統(tǒng)模型化技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)、系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)、大系統(tǒng)的分解協(xié)調(diào) 技術(shù)、系統(tǒng)決策技術(shù)，等等。1. 系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)系統(tǒng)工程研究的對(duì)象大多是復(fù)雜的大系統(tǒng)，由于系統(tǒng)因素眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目標(biāo)多樣， 功能綜合，因此需要共同理解、明確系統(tǒng)

28、的總目標(biāo)、分目標(biāo)，以及相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次， 為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的就需要通過(guò)系統(tǒng)的辨識(shí)來(lái)解決。目前用于大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)辨識(shí)的常用方法 是解析結(jié)構(gòu)模型技術(shù)，即 ISM。2. 系統(tǒng)模型化技術(shù)模型化是系統(tǒng)工程的核心內(nèi)容。系統(tǒng)模型是系統(tǒng)優(yōu)化和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)工程的基 本要求，任何一項(xiàng)系統(tǒng)工程都需要先建立模型。按系統(tǒng)模型分類，系統(tǒng)模型化技術(shù)主要有 結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)、分析模型技術(shù)、系統(tǒng)仿真模型技術(shù)。通過(guò)系統(tǒng)模型化，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn) 行解剖、觀測(cè)、計(jì)量、變換、試驗(yàn)，掌握系統(tǒng)的本質(zhì)特征和運(yùn)行規(guī)律。3. 系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)最優(yōu)化是系統(tǒng)工程追求的主要目標(biāo)之一。優(yōu)化技術(shù)是應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支。系統(tǒng) 工程所用到的優(yōu)化技術(shù)大多數(shù)集中

29、在運(yùn)籌學(xué)中，如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動(dòng) 態(tài)規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃、排隊(duì)論、對(duì)策論等等，它們被應(yīng)用于系統(tǒng)對(duì)有限資源進(jìn)行統(tǒng)籌安排， 為決策提供有依據(jù)的最優(yōu)方案。在運(yùn)籌學(xué)的應(yīng)用中，往往是運(yùn)用模型化方法，將一個(gè)已確 定研究范圍的現(xiàn)實(shí)問題，按預(yù)期目標(biāo)，將現(xiàn)實(shí)問題中的主要因素及各種限制條件之間的因 果關(guān)系、邏輯關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模型求解尋求最優(yōu)化。4. 系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)就是對(duì)系統(tǒng)的價(jià)值進(jìn)行評(píng)定，其主要作用是通過(guò)系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)，將系統(tǒng)方案 排序，以便從眾多的可行方案中找出最優(yōu)方案，為決策提供依據(jù)。迄今為止，評(píng)價(jià)技術(shù)已 發(fā)展到數(shù)十種，但較為常用的有費(fèi)用一效益分析、關(guān)聯(lián)矩陣法、關(guān)聯(lián)樹法、層次分析法、

30、模糊評(píng)價(jià)法、可能一滿意度法等。5. 系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)預(yù)測(cè)是依據(jù)過(guò)去和現(xiàn)在的有關(guān)系統(tǒng)及其環(huán)境的已知材料，運(yùn)用科學(xué)的方法和技術(shù)，發(fā)現(xiàn)和掌握系統(tǒng)發(fā)展與運(yùn)行中的固有規(guī)律，并按此規(guī)律去探求系統(tǒng)發(fā)展的未來(lái)。預(yù)測(cè)的主 要作用是為決策者提供科學(xué)的預(yù)見和決策依據(jù)，同時(shí)為產(chǎn)生多個(gè)系統(tǒng)方案和優(yōu)化系統(tǒng)方案 提供方法手段。系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)可分為定性預(yù)測(cè)技術(shù)與定量預(yù)測(cè)技術(shù)。6. 系統(tǒng)決策技術(shù)系統(tǒng)決策是指決策者根據(jù)系統(tǒng)的各種行動(dòng)方案及其可能產(chǎn)生的后果所作的判斷或決 定。決策分析是比較規(guī)范的技術(shù)。它所起的作用是使決策過(guò)程得到數(shù)據(jù)和定量分析的支持， 使決策所需的信息全面而清晰地展現(xiàn)給決策者，從而有助于決策者正確決策。決策技術(shù)按 決

31、策環(huán)境可分為三種類型：即確定型決策、風(fēng)險(xiǎn)型決策、不確定型決策。系統(tǒng)工程在自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)之間架設(shè)了一座溝通的橋梁。現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法與計(jì)算機(jī) 技術(shù)，通過(guò)系統(tǒng)工程，為社會(huì)科學(xué)研究增加了極為有用的定量分析方法、模擬實(shí)驗(yàn)方法、 建立數(shù)學(xué)模型的方法和優(yōu)化方法。系統(tǒng)工程為自然科學(xué)研究提供了定性分析方法和辯證思 維方法，以及深入剖析人與環(huán)境相互關(guān)系的方法，并為從事自然科學(xué)的科學(xué)技術(shù)人員和從 事社會(huì)科學(xué)的研究人員之間的相互合作開辟了廣闊的道路。1.2.5 系統(tǒng)工程主要理論基礎(chǔ)人類的歷史，是一個(gè)由必然王國(guó)向自由王國(guó)不斷發(fā)展的歷史。社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā) 展，加之社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的日趨復(fù)雜，以及社會(huì)分工的不斷細(xì)化，使人們

32、對(duì)統(tǒng)籌兼顧、全面 規(guī)劃、發(fā)展戰(zhàn)略等原則從樸素的、自發(fā)的應(yīng)用，提高到科學(xué)、自覺的應(yīng)用，把它們從經(jīng)驗(yàn) 提高到科學(xué)理論。系統(tǒng)工程的主要理論基礎(chǔ)是由一般系統(tǒng)論、大系統(tǒng)理論、經(jīng)濟(jì)控制論、 控制論、運(yùn)籌學(xué)等學(xué)科相互滲透、交叉發(fā)展而形成的。1系統(tǒng)理論系統(tǒng)論、信息論、控制論等新興學(xué)科從不同的側(cè)面揭示了客觀事物的本質(zhì)聯(lián)系和內(nèi)在 運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于它們從本質(zhì)上都是研究系統(tǒng)的理論，所以統(tǒng)稱為系統(tǒng)理論。系統(tǒng)理論擴(kuò)大 了人們研究問題的廣度和深度，極大地提高了人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力，同時(shí)推動(dòng) 了系統(tǒng)科學(xué)的形成和發(fā)展，成為系統(tǒng)工程的重要理論基礎(chǔ)。(1) 一般系統(tǒng)論(general systems theory)一般系統(tǒng)論

33、是美國(guó)理論生物學(xué)家路德維希馮貝塔朗菲通過(guò)對(duì)各種不同系統(tǒng)進(jìn)行科 學(xué)理論研究而提出的關(guān)于適用于一般系統(tǒng)的學(xué)說(shuō)。他把一般系統(tǒng)論的研究?jī)?nèi)容概括為關(guān)于 系統(tǒng)的科學(xué)、數(shù)學(xué)系統(tǒng)論、系統(tǒng)技術(shù)、系統(tǒng)哲學(xué)等。由于以往對(duì)系統(tǒng)的研究屬于哲學(xué)觀念 的范疇，而貝塔朗菲在創(chuàng)立一般系統(tǒng)論時(shí)強(qiáng)調(diào)它的科學(xué)性，指出一般系統(tǒng)論屬于邏輯和數(shù) 學(xué)的領(lǐng)域，它的任務(wù)是確立適用于“系統(tǒng)”的一般原則。貝塔朗菲當(dāng)時(shí)提出的基本觀點(diǎn)：系統(tǒng)觀點(diǎn) 一切有機(jī)體都是一個(gè)整體(系統(tǒng))，這個(gè)整體是由部分結(jié)合而成的，其 特性和功能不等于各部分特性和功能的簡(jiǎn)單相加。動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)一切有機(jī)體本身都處于積極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 等級(jí)觀點(diǎn)各種有機(jī)體都是被嚴(yán)格的等級(jí)組織起來(lái)的。這些觀點(diǎn)，

34、不僅適用于有機(jī)體，而且也適合于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科學(xué)技術(shù)等一切系統(tǒng)，已 發(fā)展成為一般系統(tǒng)論的主要內(nèi)容。一般系統(tǒng)論用相互關(guān)聯(lián)的綜合思想來(lái)取代分析事物的零 散思維，突破了以往分析方法的局限，如實(shí)地把對(duì)象作為一個(gè)有機(jī)整體加以考察，從整體 與部分相互依賴、相互制約的關(guān)系中揭示事物的特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。一般系統(tǒng)論給各門學(xué)科 帶來(lái)新的動(dòng)力和新的研究方法，使許多學(xué)科面目煥然一新，并為系統(tǒng)工程的發(fā)展、使人類 走向系統(tǒng)時(shí)代奠定了理論基礎(chǔ)。(2) 控制論(Cybernetics)控制論是由美國(guó)數(shù)學(xué)家、生理學(xué)家維納在20世紀(jì)40年代創(chuàng)立的。他在他所著的控制論中寫道：“控制論是研究動(dòng)物和機(jī)器全過(guò)程的控制和通訊的科學(xué)理論。”錢學(xué)

35、森認(rèn)為“控制的對(duì)象是系統(tǒng)”，“為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身的穩(wěn)定和功能，系統(tǒng)需要取得、使用、保持和 傳遞能量、材料和信息，也需要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)成部分進(jìn)行組織”，“控制論是研究系統(tǒng)各個(gè)部分如何進(jìn)行組織，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和有目的的行為”。由此可見，控制論是研究系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制的一般規(guī)律的科學(xué)，它是自動(dòng)控制、無(wú)線電通信、神經(jīng)生理學(xué)、生物學(xué)、 心理學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)等多種學(xué)科互相滲透的產(chǎn)物。在實(shí)際應(yīng)用中，控制論的具體內(nèi)容有：最優(yōu)控制理論，自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自組織系統(tǒng) 理論、模糊理論、大系統(tǒng)理論等。控制論是一門跨學(xué)科的具有方法論性質(zhì)的交叉學(xué)科?，F(xiàn)在，控制論已形成以理論控制 論為中心的四大分支：工程控制論、生物控制論、

36、社會(huì)控制論(包括管理控制論、經(jīng)濟(jì)控 制論)和智能控制論。它橫跨工程技術(shù)領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、社會(huì)領(lǐng)域和思維領(lǐng)域，并不斷向 各門學(xué)科滲透，促進(jìn)了自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的緊密結(jié)合。(3) 信息論信息論是一門起源于通信理論、研究信息傳輸和信息處理一般規(guī)律的學(xué)科，是由美國(guó) 科學(xué)家香農(nóng)在1948年提出的。信息論的基本思想和方法完全撇開了物質(zhì)、能量的具體運(yùn)動(dòng)形態(tài)，而把任何通信和控 制系統(tǒng)都看作是一個(gè)信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)，把系統(tǒng)有目的的運(yùn)動(dòng)抽象為信息變換過(guò) 程，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運(yùn)動(dòng)。事實(shí)上，任何實(shí)踐活動(dòng)都 可以簡(jiǎn)化為多種流：人員流、物質(zhì)流、資金流和信息流等，其中信息流起著支配作用，它

37、 調(diào)節(jié)著其他流的數(shù)量、方向、速度和目標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部信息流的作用才能使系統(tǒng)維持正 常的和有目的的運(yùn)動(dòng)。因此，可以說(shuō)信息論是控制論的基礎(chǔ)。香農(nóng)把信息定義為“不確定性的減少”。他認(rèn)為，信息量是把某種不確定性趨向確定的一種度量。信息量的大小，取決于消息的不確定程度。消息的不確定程度大，則發(fā)出的信 息量就大，消息的不確定程度小，則發(fā)出的信息量就小。目前，信息論的研究與應(yīng)用已超出通信領(lǐng)域而廣泛滲透到其他學(xué)科，特別是進(jìn)入對(duì)大 系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的信息研究領(lǐng)域。因此，需要從更為廣泛的領(lǐng)域來(lái)探討其一般特征、規(guī)律 和原理。形成更為一般性的理論，這就導(dǎo)致了信息科學(xué)的產(chǎn)生。信息科學(xué)是以信息論為基 礎(chǔ)，與計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技

38、術(shù)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科相交叉而發(fā)展起來(lái)的一門新興 學(xué)科，它把信息論的研究和應(yīng)用推向更高的階段、更新的范疇。(4)系統(tǒng)理論的發(fā)展一般系統(tǒng)論雖然曾以其新穎的思想和獨(dú)特的作用而引人注目，但其研究水平基本上還 處于概念和闡述。60年代末以來(lái)，隨著自然科學(xué)的發(fā)展， 系統(tǒng)理論的研究取得了重大進(jìn)展, 相繼產(chǎn)生了耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)和突變論等系統(tǒng)理論分支。這些理論突破了一般系統(tǒng)論的水 平和局限，使得對(duì)系統(tǒng)的研究更為深入廣闊。2 .運(yùn)籌學(xué)(operation research)運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用分析、試驗(yàn)、量化的方法，對(duì)經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)中人、財(cái)、物等有限資源進(jìn)行 統(tǒng)籌安排，為決策者提供有依據(jù)的最優(yōu)方案，以實(shí)現(xiàn)最有效的運(yùn)

39、行機(jī)制與管理。運(yùn)籌學(xué)往往運(yùn)用模型化的方法，將一個(gè)已確定研究范圍的現(xiàn)實(shí)問題，按照規(guī)定的預(yù)期 目標(biāo)，將現(xiàn)實(shí)問題中的主要因素及各種限制條件之間的因果關(guān)系、邏輯關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型， 通過(guò)模型求解來(lái)尋求最優(yōu)方案。運(yùn)籌學(xué)的分支主要有：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、排隊(duì)論、對(duì)策論等。1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史及展1.3.1系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展“任何一門學(xué)科，只有當(dāng)它是所處時(shí)代的社會(huì)生存與發(fā)展客觀需要的自然產(chǎn)物，同時(shí) 學(xué)科內(nèi)在邏輯必要的前期預(yù)備性條件又已基本就緒時(shí)，它才會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，并為世所容所重， 得以充分發(fā)展?！?2系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。系統(tǒng)工程產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，在60年代形成了體系。但系

40、統(tǒng)工程與整個(gè)科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展一樣源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，系統(tǒng)和系統(tǒng)工程的思想可以追溯到我國(guó)古代。如戰(zhàn)國(guó)時(shí)期由李冰父 子組織建造的四川都江堰水利工程，明朝永樂年間的大銅鐘澆鑄工程、孫子兵法以及膾炙人口的齊王賽馬的故事等。我國(guó)古代這些成功的工程技術(shù)、軍事思想和運(yùn)籌帷幄的思維 方法，都充分體現(xiàn)了全局觀念和整體優(yōu)化觀念，蘊(yùn)涵著樸素的系統(tǒng)工程思想。40年代，美國(guó)的貝爾電話公司在發(fā)展通訊網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為縮短科學(xué)技術(shù)從發(fā)明到投入使用 的時(shí)間，認(rèn)識(shí)到不能只注意電話機(jī)和交換臺(tái)站等設(shè)備，更需要研究整個(gè)系統(tǒng)，于是采用了 一套新方法，首次提出“系統(tǒng)工程” 一詞。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，也由于壟斷性大企業(yè)對(duì)經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)的需求，

41、產(chǎn)生和發(fā)展了運(yùn)籌學(xué)。運(yùn)籌學(xué)的廣泛應(yīng)用，以及在這前后出現(xiàn)的信息論、控制論等為系統(tǒng) 工程的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，是系統(tǒng)工程產(chǎn)生和發(fā)展的重要因素。而電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和 應(yīng)用，則為系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的運(yùn)算工具和信息處理手段，成為實(shí)施系統(tǒng)工程的重要物質(zhì) 基礎(chǔ)。美國(guó)在研制原子彈的“曼哈頓”計(jì)劃的實(shí)踐中，運(yùn)用系統(tǒng)工程方法取得了顯著成效， 對(duì)推動(dòng)系統(tǒng)工程的發(fā)展取得了一定的作用。表1-1是20世紀(jì)40-70年代出現(xiàn)的與系統(tǒng)工程發(fā)展有關(guān)的各個(gè)學(xué)科分支一覽表。表1-120世紀(jì)40-70年代出現(xiàn)的部分橫向聯(lián)系的學(xué)科分支創(chuàng)始人分支學(xué)科名稱出現(xiàn)時(shí)間(年馮諾依曼對(duì)策論1944馮貝塔朗菲一般系統(tǒng)論1945C.E.香農(nóng)信息論194

42、8N.維納控制論1949馮貝塔朗菲開放系統(tǒng)理論1954錢學(xué)森工程控制論1957A.H.哥德系統(tǒng)工程1957R.別依曼動(dòng)態(tài)規(guī)劃論1961M.D.曼薩諾維克一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論1962W.R.阿會(huì)布自組織系統(tǒng)原理1962R.羅森自復(fù)制自動(dòng)機(jī)1965L.扎德模糊集與系統(tǒng)19691.普里高津耗散結(jié)構(gòu)理論1970艾根超循環(huán)理論1970J.G米勒生命系統(tǒng)理論1972湯姆突變理論1972P.齊格勒建模與仿真理論1972H.哈肯協(xié)同學(xué)19771957年，美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)的哥德( A.H.Goode )和麥科爾(R.E.Machal )兩位教授合作 出版了第一部以“系統(tǒng)工程”命名的書。1958年美國(guó)海軍特種計(jì)劃局在

43、研制“北極星”導(dǎo)彈的實(shí)踐中，提出并采用了“計(jì)劃評(píng)審技術(shù)(PERT)”，使研制工作提前兩年完成，從而把系統(tǒng)工程引入管理領(lǐng)域。1965年，麥科爾又編寫了系統(tǒng)工程手冊(cè)一書，比較完整地闡 述了系統(tǒng)工程理論、系統(tǒng)方法、系統(tǒng)技術(shù)、系統(tǒng)數(shù)學(xué)、系統(tǒng)環(huán)境等內(nèi)容。至此，系統(tǒng)工程 初步形成了一個(gè)較為完整的理論體系。1969年，“阿波羅”登月計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)工程的光輝成就，它標(biāo)志著人類在組織管理技術(shù)上迎來(lái)了一個(gè)新時(shí)代。“阿波羅”飛船和“土星五號(hào)”運(yùn)載火箭，有860多萬(wàn)個(gè)零部件,有眾多的子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)之間縱橫交錯(cuò)，相互聯(lián)系，相互制約。由于使用了系統(tǒng)工程的 理論和方法，結(jié)果提前兩年將3名宇航員送到月球。進(jìn)入70年代以來(lái)

44、，系統(tǒng)工程發(fā)展到解決大系統(tǒng)的最優(yōu)化階段，其應(yīng)用范圍已超出了傳 統(tǒng)工程的概念。從社會(huì)科學(xué)到自然科學(xué)，從經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)到上層建筑，從城市規(guī)劃到生態(tài)環(huán)境， 從生物科學(xué)到軍事科學(xué)，無(wú)不涉及到系統(tǒng)工程，無(wú)不需要系統(tǒng)工程。至此，系統(tǒng)工程經(jīng)歷 了產(chǎn)生、發(fā)展和初步形成階段。但是，系統(tǒng)工程作為一門新興的綜合性邊緣科學(xué)，無(wú)論在 理論上、方法上、體系上都處于發(fā)展之中，它必將隨著生產(chǎn)技術(shù)、基礎(chǔ)理論、計(jì)算工具的 發(fā)展而不斷發(fā)展。1.3.2 系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程在中國(guó)中華民族是一個(gè)富有系統(tǒng)思維的偉大民族。從易經(jīng)、老子、孫子兵法、黃帝內(nèi)經(jīng)等傳統(tǒng)文化圣典，到現(xiàn)代的鄧小平理論都強(qiáng)調(diào)用整體的、有機(jī)聯(lián)系的、協(xié)調(diào)有序的、 動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)去觀察和

45、處理問題。這種優(yōu)秀的文化傳統(tǒng)與現(xiàn)代系統(tǒng)研究相結(jié)合，定將產(chǎn)生僅 僅沿用西方文明演進(jìn)軌跡所不可能有的成果，升華出更高水平的系統(tǒng)思想，形成獨(dú)特的系 統(tǒng)科學(xué)學(xué)派。50錢學(xué)森是國(guó)際上著名的系統(tǒng)學(xué)學(xué)者，是系統(tǒng)科學(xué)開創(chuàng)時(shí)期就參與工作的著名學(xué)者。 年代初，在被迫滯留美國(guó)時(shí)期，他從維納著作中提取了新的控制思想，創(chuàng)建了工程控制論。 回國(guó)后，他為國(guó)家培養(yǎng)了一批控制專家，組織指導(dǎo)了我國(guó)運(yùn)籌學(xué)的研究。在領(lǐng)導(dǎo)我國(guó)航天 科學(xué)技術(shù)的實(shí)踐中，錢學(xué)森發(fā)展了自己的系統(tǒng)工程思想，創(chuàng)造了總體設(shè)計(jì)的方法，為日后 的系統(tǒng)科學(xué)研究做了準(zhǔn)備。他關(guān)于建立系統(tǒng)科學(xué)體系的思想在國(guó)際上獨(dú)樹一幟。他認(rèn)為： 隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍進(jìn)步，學(xué)科分化和綜合的不斷更

46、新，老的學(xué)科體系已經(jīng)不適應(yīng)了，有 必要建立新的學(xué)科體系，他主張把系統(tǒng)工程與系統(tǒng)科學(xué)加以區(qū)別，前者是工程技術(shù)，后者 是基礎(chǔ)理論。系統(tǒng)工程技術(shù)與各傳統(tǒng)科學(xué)結(jié)合，形成系統(tǒng)工程的應(yīng)用，如軍事系統(tǒng)工程、 社會(huì)系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、教育系統(tǒng)工程、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程等。系統(tǒng)科學(xué)體系中，應(yīng)當(dāng) 區(qū)分技術(shù)科學(xué)(如運(yùn)籌學(xué)、信息論、控制論等)和基礎(chǔ)科學(xué)，他主張將一般系統(tǒng)論、耗散 結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)等學(xué)科成就進(jìn)行全面總結(jié)后，建立系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)理論，叫做系統(tǒng)學(xué)。而反 映在一般系統(tǒng)論中的哲學(xué)內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)分離出來(lái)，歸納為系統(tǒng)觀，作為唯物辯證法過(guò)渡到系 統(tǒng)學(xué)的一座橋梁，如圖 1-1所示。60年代初期。當(dāng)時(shí)，在著名科學(xué)家錢學(xué)森教授的倡導(dǎo)和支

47、70年代后期以來(lái)，系統(tǒng)系統(tǒng)工程在我國(guó)的應(yīng)用始于持下，在國(guó)防尖端技術(shù)方面應(yīng)用系統(tǒng)工程方法取得了顯著成效。自工程在我國(guó)的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)前所未有的新時(shí)期：系統(tǒng)工程作為重點(diǎn)學(xué)科列入了全 國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃；在高等學(xué)校設(shè)置了系統(tǒng)工程專業(yè)，培養(yǎng)各個(gè)層次的人才；中國(guó)自動(dòng) 化學(xué)會(huì)系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)和中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)相繼成立。從此，系統(tǒng)工程在我國(guó)的研究 工作便由初期的傳播系統(tǒng)工程的理論、方法到獨(dú)立開展系統(tǒng)工程的理論方法研究。在系統(tǒng) 工程的應(yīng)用方面，注重結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，開發(fā)系統(tǒng)工程的應(yīng)用研究，已在能源系統(tǒng)工程、 軍事系統(tǒng)工程、社會(huì)系統(tǒng)工程、人口系統(tǒng)工程、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程和大型系統(tǒng)工程的研究與應(yīng) 用方面取得了一

48、定的成效。目前，系統(tǒng)工程與我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的密切關(guān)系正在為更多的人 所認(rèn)識(shí)，系統(tǒng)工程必將在我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮愈來(lái)愈大的作用。但也應(yīng)看到的是，應(yīng)用實(shí)踐中的一個(gè)難點(diǎn)，是將系統(tǒng)科學(xué)的原理和方法，正確地用來(lái) 解決社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、軍事、生態(tài)等領(lǐng)域的問題。錢學(xué)森把這些系統(tǒng)歸于開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。 這是一個(gè)新的認(rèn)識(shí)層次，代表一種新的研究方法。他還認(rèn)為：現(xiàn)階段唯一能夠處理復(fù)雜巨 系統(tǒng)的方法，就是從定性到定量的綜合集成方法。1.3.3研究趨勢(shì)與展望系統(tǒng)工程在理論上和實(shí)際應(yīng)用中取得了很大的成就，弓I起了人們的高度重視，目前系 統(tǒng)工程的發(fā)展趨勢(shì)主要在下面幾個(gè)方面。1. 系統(tǒng)工程作為一門交叉學(xué)科，日益向多學(xué)科滲透和交叉發(fā)

49、展。由于自然科學(xué)與社會(huì) 科學(xué)的相互滲透日益深化，為了使科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展，需要社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、 系統(tǒng)科學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與各門技術(shù)學(xué)科的綜合應(yīng)用。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的規(guī)模日益龐大，影響決策的因素越來(lái)越復(fù)雜，在決策過(guò)程中有許 多不確定的因素需要考慮。因此，現(xiàn)代決策理論中不僅要應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，還要應(yīng)用心理學(xué) 和行為科學(xué)，同時(shí)還需要廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)這個(gè)現(xiàn)代化工具，形成決策支持系統(tǒng)和以計(jì)算機(jī) 為核心的決策專家系統(tǒng)。由于現(xiàn)代管理科學(xué)的發(fā)展日益依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)，從而形成了各種管理 信息系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2. 系統(tǒng)工程作為一門軟科學(xué)，日益受到人們的重視。從20世紀(jì)70年代開始，人們

50、在 重視硬技術(shù)的同時(shí)也注重起軟技術(shù)，并探討人在系統(tǒng)中作用，對(duì)系統(tǒng)的研究也從“硬件(hardware)”擴(kuò)展到“軟件(software)”，后來(lái)又提出“斡件(orgware)”，即協(xié)調(diào)硬件與 軟件的技術(shù)，近年來(lái)又有人提出要研究“人件(humanware) ”，即探討人類活動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)工程的研究對(duì)象往往可以分為“硬系統(tǒng)”和“軟系統(tǒng)”兩類。所謂硬系統(tǒng)一般是 偏工程、物理型的，它們的機(jī)理比較清楚，因而比較容易使用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，有較多的 定量方法可以計(jì)算出系統(tǒng)的最優(yōu)解。這種硬系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)良好，但常常由于計(jì)算復(fù)雜，計(jì) 算費(fèi)用昂貴，有時(shí)不得不采取一些軟方法處理，如人一機(jī)對(duì)話方法、啟發(fā)式方法等，引入 人的經(jīng)驗(yàn)判斷，使復(fù)雜的問題得以簡(jiǎn)化。所謂軟系統(tǒng)一般是偏社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，它們的機(jī)理比較模糊，完全用數(shù)學(xué)模型來(lái)描 述比較困難，需要用定量與定性相結(jié)合的方法來(lái)處理。當(dāng)然，為了求解方便，對(duì)于軟系統(tǒng) 也可以用近似的硬系統(tǒng)來(lái)代替。這種軟系統(tǒng)的“硬化”處理，首先是要把某些定性的問題 定量化，然后采取定量為主、定性為輔的方法來(lái)處理。3. 系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，進(jìn)而推動(dòng)系統(tǒng)工程理論和方法不斷發(fā)展與完善。近 年來(lái)，模糊決策理論、多目標(biāo)決策和風(fēng)險(xiǎn)決策的理論和方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、層次分析法、 情景分析法、沖突分析、多相系統(tǒng)分析、計(jì)算機(jī)決策支持系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)決策