【正文】 的要素組成。 例如 ，美國(guó)的韋伯斯特 (Webster)大辭典 把系統(tǒng)稱為 ? 有組織的或被組織化的整體、相聯(lián)系的整體所形成的各種概念和原理的綜合，由有規(guī)則的相互作用、相互依存的形式組成的諸要素的集合 ? 。 例如 ，一輛汽車或一架飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，一個(gè)企業(yè)的某一條生產(chǎn)線，一所大學(xué)的某一個(gè)學(xué)院等， 都分別是一個(gè)子系統(tǒng) ；而一輛汽車對(duì)于一個(gè)車隊(duì)，一架飛機(jī)對(duì)于一個(gè)航空公司，一個(gè)企業(yè)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)，一所大學(xué)對(duì)于全國(guó)的或地區(qū)的高教系統(tǒng)來說，分別只是其中的一個(gè)組成部分或者一個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)可以互相包含與被包含，可以互相交叉和融合。但是，如果換一個(gè)角度 從系統(tǒng)工程的角度看，我們要說： ? 人類社會(huì)當(dāng)今處在系統(tǒng)工程時(shí)代 ! ? 什么是系統(tǒng) ?什么是系統(tǒng)工程 ?系統(tǒng)工程的基本概念、基本原理是什么 ?這就是本課要講述的內(nèi)容。 ? 我國(guó)的探月工程已經(jīng)起步，探月工程分為 ? 繞 ? 、 ? 落 ? 、 ? 回 ? 3個(gè)階段 。 ? 還有人說當(dāng)今是 基因 時(shí)代。信息網(wǎng)絡(luò)、信息高速公路、電子商務(wù)、電子政務(wù)等，正在改變?nèi)祟惖墓ぷ髁?xí)慣、生活習(xí)慣、思維方式。 ? 還有人說當(dāng)今是 計(jì)算機(jī) 時(shí)代。 20世紀(jì) 80年代出現(xiàn)了因特網(wǎng) (Inter)，如今，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信息網(wǎng)絡(luò)無處不在，發(fā)揮著越來越大的作用。參考教材 1 孫東川，林福永，孫凱編等，系統(tǒng)工程引論 ，清華大學(xué)出版社，2022 2 陳宏民主編， 系統(tǒng)工程導(dǎo)論 ，高等教育出版社， 2022 第一章 系統(tǒng)的基本概念 ? 引言 ? 系統(tǒng)的定義與屬性 ? 系統(tǒng)的分類 ? 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 ? 系統(tǒng)思想的演變 ? 1． 1 引言 ? 人類社會(huì)當(dāng)今處在一個(gè)什么時(shí)代 ?我們?nèi)绾螢樽约核幍臅r(shí)代命名 ? ? 有人說當(dāng)今是 后工業(yè)化 時(shí)代。電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)院、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子病歷、網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上訂票、上網(wǎng)檢索、電子郵件、 MIS(管理信息系統(tǒng) )、 HIS(醫(yī)院信息系統(tǒng) ) ，悄悄進(jìn)入了我們的工作和生活中。 自 1946年第 1臺(tái)現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)ENIAC出現(xiàn)以來，計(jì)算機(jī)不斷更新?lián)Q代，而且更新?lián)Q代的周期越來越短。距離變得無關(guān)緊要， ? 地球變得越來越小 ? ，整個(gè)世界可以被因特網(wǎng) ? 一網(wǎng)打盡 ? 。 破譯基因密碼，重組基因，克隆，制造干細(xì)胞 …… 有關(guān)的新概念、新技術(shù)層出不窮。 第一期為繞月工程 ，發(fā)射探月衛(wèi)星 ? 嫦娥一號(hào) ? ，對(duì)月球表面環(huán)境、地貌、地形、地質(zhì)構(gòu)造與物理場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。 ? 本章將主要介紹 系統(tǒng)的基本概念，包括系統(tǒng)的定義與屬性、系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能以及系統(tǒng)思想的演變等。系統(tǒng)是普遍的客觀存在。 ? 從系統(tǒng)工程的角度而言 ，系統(tǒng)的范圍或規(guī)模是根據(jù)我們研究問題的需要而決定的。 ? 一般系統(tǒng)論的創(chuàng)始人 奧地利生物學(xué)家 馮 例如 ，一個(gè)工業(yè)企業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)， 它的要素集合如圖 11所示 。 ? 在組織管理工作中 ，系統(tǒng)的層次與管理的跨度是一對(duì)矛盾。后者并不是可有可無的，而是對(duì)前者的必要補(bǔ)充。 ? 5．涌現(xiàn)性 ? 系統(tǒng)的涌現(xiàn)性包括 系統(tǒng)整體的涌現(xiàn)性和系統(tǒng)層次間的涌現(xiàn)性。 ? 明確系統(tǒng)的目的性 ，是開展系統(tǒng)工程項(xiàng)目的首要工作。 從圖 13可看到 )()()( ??? 更大的系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng) SS? 這就要求 研究系統(tǒng)時(shí)必須放寬眼界，不但要看到整個(gè)系統(tǒng)本身，還要看到系統(tǒng)的環(huán)境或背景。 大學(xué)的特定功能是 為社會(huì)培養(yǎng)有用人才，同時(shí)創(chuàng)造新知識(shí)和新思想。 ? 1． 3 系統(tǒng)的分類 ? 1． 3． 1 按照系統(tǒng)屬性分類 ? 1．按自然屬性分為自然系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng) ? 自然系統(tǒng) 是自然形成的、單純由自然物 (如天體、礦藏、生物、海洋等 )組成的系統(tǒng)， 例如 太陽系、地質(zhì)構(gòu)造、原始森林。 ? 自然系統(tǒng)及其規(guī)律是社會(huì)系統(tǒng)的基礎(chǔ) 。 在實(shí)際系統(tǒng)中 ，實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)是緊密結(jié)合在一起的。只是有些系統(tǒng)在考察的時(shí)間尺度之內(nèi)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與狀態(tài)參數(shù)變化不大的情況下，為研究問題方便，而忽略這些結(jié)構(gòu)與參數(shù)的改變，將其近似視為靜態(tài)系統(tǒng)而已。 ? 開放系統(tǒng) 是動(dòng)態(tài)的、 ? 活的 ? 系統(tǒng)， 封閉系統(tǒng) 是僵化的、 ? 死的 ?系統(tǒng)。系統(tǒng)的反饋主要是信息反饋。 ? 自然界和人類社會(huì)的許多系統(tǒng)是十分復(fù)雜的，以上的分類并不是絕對(duì)的。如把溫度控制在某個(gè)上下限內(nèi)或者控制物體沿著某種軌道運(yùn)行。人類系統(tǒng)還指人作為群體的系統(tǒng)。全國(guó)規(guī)模的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)就是一種開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，因特網(wǎng)也是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。 但是 ， 在要素集合 E之上建立的 關(guān)系集合 R，對(duì)系統(tǒng)論而言，卻是大同小異的 。系統(tǒng)工程的工作重點(diǎn)在于集合 R，即塑造或改造系統(tǒng)的靈魂。擴(kuò)大一些說，把接受輸入與向外輸出也作為系統(tǒng)的功能。這是系統(tǒng)理論的經(jīng)典之一。 ? 然而 ，不等式 (17)的成立是有條件的。 另一方面 ，系統(tǒng)的所有組成要素都孤立地達(dá)到了最優(yōu)并不意味一定能有系統(tǒng)功能或總體效果的最優(yōu)。 ? 下面先做一些 古例分析 來闡明這一點(diǎn)，然后沿著歷史的軌跡來察看系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法的演變。他把全國(guó)分成 12州 5大區(qū)，分派 5個(gè)首領(lǐng)掌管。但是，在利用岷江水源時(shí)遇到了幾個(gè)迫切需要解決的難題： (1)沒有灌溉網(wǎng)絡(luò)，水資源利用率不高。? 魚嘴 ? 是個(gè)分水工程，根據(jù)現(xiàn)代水利工程者的測(cè)試， ? 魚嘴 ? 的拐角位置選擇得非常合適，它能夠做到：當(dāng)岷江水量很多時(shí)，大部分水量通過拐角的反彈流向外江；而當(dāng)水量較少時(shí)，大部分江水合流入內(nèi)江，以用于灌溉。田忌的上等馬劣于齊王的上等馬而優(yōu)于齊王的中等馬；田忌的中等馬劣于齊王的中等馬而優(yōu)于齊王的下等馬；田忌的下等馬劣于齊王的下等馬。它把皇宮修復(fù)全過程看成一個(gè)系統(tǒng)，劃分成許多并行的與交叉的作業(yè)子系統(tǒng)，蘊(yùn)涵了 統(tǒng)籌法(PERT／ CPM)的原理。中國(guó)人關(guān)于? 大一統(tǒng) ? 的思想是非常強(qiáng)烈的， ? 普天之下，莫非王土；率土之濱，莫非王臣。 但是 ，形而上學(xué)撇開總體的聯(lián)系去考察事物和過程，因而它就堵塞了自己從了解部分到了解總體、觀察普遍聯(lián)系的道路。 ? 19世紀(jì)的自然科學(xué)本質(zhì)上 是整理材料的科學(xué)，關(guān)于過程、關(guān)于這些事物的發(fā)生和發(fā)展以及關(guān)于把這些自然過程結(jié)合為一個(gè)偉大整體的聯(lián)系的科學(xué)，這樣的自然科學(xué)，為唯物主義哲學(xué)提供了豐富的材料。他是從有關(guān)生物和人體系統(tǒng)的問題出發(fā)的，其理論可以歸納為四點(diǎn)：整體性原則、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)原則、能動(dòng)性原則和有序性原則。 第四 ， 生命問題本質(zhì)上 是個(gè)組織問題，而生物體組織是有序的， 所以 ，對(duì)生命現(xiàn)象必須在生物體組織的所有層次 (物理化學(xué)層次、基因?qū)哟巍⒓?xì)胞層次、器官組織層次、個(gè)體層次以及群體層次上加以研究 )。 ? 1946年，美國(guó)學(xué)者 莫爾斯 和 金博爾 編寫了 《 運(yùn)籌學(xué)的方法 》 一書。運(yùn)籌學(xué)、控制論、信息論的成就把科學(xué)的定量的系統(tǒng)思想的適用范圍，從自然系統(tǒng)擴(kuò)展到社會(huì)系統(tǒng)，從物理學(xué)范疇擴(kuò)展到事理學(xué)范疇。 ? 20世紀(jì) 80年代以來 ，非線性科學(xué)和復(fù)雜性研究的興起對(duì)系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展起到了非常積極的推動(dòng)作用。 蜂巢的結(jié)構(gòu) ，使得建筑學(xué)家嘆為觀止：小小的蜜蜂，用很少的材料建造最大的空間，構(gòu)筑了自己的 ? 住宅群 ? ，蜂巢的角度是十分精確的。它的普遍適用性，吸引了許多原來從事不同學(xué)科的學(xué)者來研究它，并做出了各自的貢獻(xiàn)，于是，系統(tǒng)工程也就有了若干流派。 ? 下面再給出兩種定義作為參考?，F(xiàn)在看來，由于歷史原因形成的這些不同名稱，混淆了工程技術(shù)與其理論基礎(chǔ)即技術(shù)科學(xué)的區(qū)別，用詞不夠妥當(dāng)，認(rèn)識(shí)也不夠深刻。他對(duì)于系統(tǒng)工程給出了一個(gè)確切的描繪，提出了系統(tǒng)科學(xué)體系，并且進(jìn)而提出了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系和人類知識(shí)體系，論述了系統(tǒng)工程在其中的地位。 60年代初期 ，系統(tǒng)工程成為一門獨(dú)立的工程技術(shù)學(xué)科。 ? 科學(xué)技術(shù)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，拉動(dòng)著社會(huì)生產(chǎn)力的規(guī)模和水平迅速發(fā)展。 ? 2．學(xué)科的高度分化與高度綜合并存 ? 幾千年來，人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，從渾然一體到分門別類的研究，又到綜合性研究；從總體到局部，再到總體、總體與局部相結(jié)合；研究方法從分析到綜合，再分析，再綜合，到綜合集成。 一些大企業(yè)也設(shè)立系統(tǒng)工程研究部，舉辦研究班、培訓(xùn)班，培養(yǎng)自己需要的系統(tǒng)工程人員。它是一個(gè)獨(dú)立的非營(yíng)利的研究所，靠申請(qǐng)各種基金來支持跨學(xué)科的研究工作。 ? 著名的物理學(xué)家 普朗克 (量子論的奠基人 )指出： ? 科學(xué)是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨(dú)的部分不是取決于事物本身，而是取決于人類認(rèn)識(shí)能力的局限性。 ? 著名數(shù)學(xué)家 華羅庚 從 20世紀(jì) 60年代初期起在我國(guó)大力推廣 ? 雙法 ? 優(yōu)選法和統(tǒng)籌法，在許多地區(qū)和企業(yè)取得顯著效果。系統(tǒng)工程 開始在神州大地風(fēng)起云涌。 30年來 ，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)先后組建了 20多個(gè)專業(yè)委員會(huì) ， 例如 軍事系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、系統(tǒng)理論委員會(huì)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、模糊數(shù)學(xué)與模糊系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、教育系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、科技系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、信息系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、過程系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、決策科學(xué)專業(yè)委員會(huì)、草原系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、林業(yè)系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)、法制系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)、醫(yī)藥衛(wèi)生系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)等。各個(gè)專業(yè)委員會(huì)也大體上是每?jī)赡暾匍_一次全國(guó)性的學(xué)術(shù)會(huì)議。 需要特別提出的是 ，從 1986年開始，錢學(xué)森院士親自組織和指導(dǎo) ? 系統(tǒng)學(xué)討論班 ? 的學(xué)術(shù)活動(dòng)。 ? 目前 ，已經(jīng)有北京、上海、天津、遼寧、黑龍江、山西、江蘇、安徽、福建、湖南、湖北、河南、河北、廣東、廣西、四川、云南、新疆、甘肅、海南、江西等 20多個(gè)省、自治區(qū)、直轄市成立了省級(jí)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)，許多市和縣以及一些大企業(yè)也成立了系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)。會(huì)上，錢學(xué)森、關(guān)肇直等 21名科學(xué)家聯(lián)合向中國(guó)科協(xié)倡議成立中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)。 20世紀(jì) 70年代中期 ，我國(guó)部分專家已開始注意到系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展前途，在各種場(chǎng)合進(jìn)行了宣傳。 ? ? 偉大的革命導(dǎo)師 馬克思預(yù)言 ： ? 自然科學(xué)往后將會(huì)把人類的科學(xué)總括在自己的下面，正如同關(guān)于人類的科學(xué)把自然科學(xué)總括在自己下面一樣，正將成為一個(gè)科學(xué)。 ? 國(guó)際上也有若干跨國(guó)性質(zhì)的系統(tǒng)工程研究機(jī)構(gòu) 。 例如 美國(guó)的蘭德公司，它成立于 1948年，是一個(gè)非營(yíng)利性的系統(tǒng)分析公司。 ? 一方面 ，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的學(xué)科劃分越來越細(xì)，分支越來越多。 有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明：人類科技知識(shí)的積累， 19世紀(jì)是每 50年翻一番， 20世紀(jì)中葉是每 10年翻一番，后來縮短到 35年，甚至更短。 1965年 美國(guó)出版了一本 《 Handbook of Systems Engineering》 ，它包括系統(tǒng)工程的方法論、系統(tǒng)環(huán)境、系統(tǒng)元件 (主要敘述了軍事工程及衛(wèi)星的各個(gè)主要部件 )、系統(tǒng)理論、系統(tǒng)技術(shù)、系統(tǒng)數(shù)學(xué)等。 ? 2． 3 系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展 ? 2． 3． 1 系統(tǒng)工程是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物 ? 20世紀(jì)三四十年代工業(yè)生產(chǎn)和工程技術(shù)有了巨大進(jìn)步，加上第二次世界大戰(zhàn)的催化作用，更有了飛速的發(fā)展。其實(shí)，用定量化的系統(tǒng)方法處理大型復(fù)雜系統(tǒng)的問題，無論是系統(tǒng)的組織建立，還是系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)管理，都可以統(tǒng)一地看成是工程實(shí)踐。 ? 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JIS， 1967年 )的定義是 ：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、組織結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)制等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)。 它們好像是一顆樹干上長(zhǎng)出來的兩個(gè)茁壯的分枝，各自枝葉茂盛。這些，不都是尋求最優(yōu)嗎 ? 對(duì)于 ? 萬物之靈 ? 的人類來說， 一方面 ，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類關(guān)于優(yōu)化的概念、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的手段不斷加強(qiáng)； 另一方面 ，可以說，正是人類有意識(shí)地研究系統(tǒng)，尋求最優(yōu)，推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，形成了各種工程技術(shù)。 這是由 3位美國(guó)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 物理學(xué)家蓋爾曼、經(jīng)濟(jì)學(xué)家阿羅和物理學(xué)家安德森為首的一批不同學(xué)科領(lǐng)域的著名科學(xué)家組織和建立的，其宗旨是開展跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的研究，他們稱之為復(fù)雜性研究。比利時(shí)物理化學(xué)家 普利高津 于 1969年提出了耗散結(jié)構(gòu)理論。同年， 香農(nóng) 編寫了 《 通信的數(shù)學(xué)理論 》 一書。這正是生命的表現(xiàn)形式，正是生物的繁衍途徑。 生物體 是在有限的時(shí)空中具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一種自然整體，從中分割出來的某一部分截然不同于在生物體中發(fā)揮作用的那一部分， 生物體的各個(gè)部分 是不能離開整體而獨(dú)立存在的； 就人而言 ，精神同肉體有著不可分割的聯(lián)系。辯證唯物主義體現(xiàn)的物質(zhì)世界普遍聯(lián)系及其統(tǒng)一性的思想，就是系統(tǒng)思想。 實(shí)際上 存在著從物理學(xué)到化學(xué)，通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會(huì)學(xué)的連續(xù)的鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條。 ? 古代樸素唯物主義哲學(xué)思想 雖然強(qiáng)調(diào)對(duì)自然界的總體性、統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)， 卻 缺乏對(duì)這一總體各個(gè)細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí)能力， 因而 對(duì)總體和統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)是不完全的。 古代 杰出的思想家都從承認(rèn)統(tǒng)一的物質(zhì)本原出發(fā)，把自然界當(dāng)作一個(gè)統(tǒng)一體。 田忌在謀士孫臏的建議下 ，用下等馬對(duì)齊王上等馬、用中等馬對(duì)齊王下等馬、用上等馬對(duì)齊王中等馬，結(jié)果二勝一負(fù)，總和為勝，贏得千金。這是一項(xiàng)引水工程，把內(nèi)江的水通過 ? 寶瓶口 ? 引向成都平