请对系统论感兴趣的朋友解答一下。谢谢大家!
系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问。它研究各种系统的异同,用数学方法定量描述其功能,寻求并建立适用于所有系统的原理、原则和数学模型。它是一门具有逻辑和数学性质的新科学。系统思想由来已久,但作为科学的系统理论,人们公认的是奥裔美国人。由理论生物学家L.V. Bertalanfi创立。他在1925发表了《抗体系统论》,提出了系统论的思想。1937年提出了一般系统论原理,奠定了这门科学的理论基础。但他的论文《论一般系统论》直到1945才发表,他的理论是从1948在美国再次讲授《一般系统论》时受到学术界关注的。该学科的学术地位是由Bertalanfeld在1968年出版的专著《一般系统论——基础、发展与应用》确立的,是公认的该学科的代表作。
“系统”一词来源于古希腊语,意思是整体由部分组成。今天,从各种角度对该系统的定义有几十种。一般系统论试图定义一个能描述各种系统相同特征的一般系统。一般将系统定义为由若干要素以一定的结构形式连接而成的具有一定功能的有机整体。这个定义包括系统、要素、结构和功能四个概念,表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境的关系。系统论认为,整体性、关联性、层次结构、动态平衡和时序性是所有系统的基本特征。系统论的核心思想是整体观念。贝塔朗菲强调,任何系统都是一个有机整体,它不是所有部分的机械组合或简单相加。系统的整体功能是所有元素孤立存在时都不具备的新品质(整体大于部分之和)。它的基本思维方法是把所研究和处理的对象作为一个系统来对待,分析系统的结构和功能。研究系统、要素、环境之间的关系和变化规律,优化系统的整体功能。所以从系统的角度来看,世间万物都可以看作一个系统,系统是共有的。系统有很多种,可以根据不同的原理和情况进行分类。根据人为干预的情况,按学科领域可分为自然系统和人工系统、自然系统、社会系统和思维系统,按范围可分为宏观系统和微观系统,按与环境的关系可分为开放系统、封闭系统和隔离系统。系统论的任务不仅在于认识系统的特征和规律,而且在于利用这些特征和规律来控制、管理、改造或创造一个系统,使其存在和发展符合人类目的的需要。换句话说,研究系统的目的是调整系统结构,协调各种要素之间的关系,使系统达到最优化目标。
系统论的出现深刻地改变了人类的思维方式。以前研究问题,总是把事物分解成几个部分,抽象出最简单的因素,然后用部分的性质解释整体的性质,用最简单的因素解释复杂的事物。这是几百年来在特定范围内行之有效且为人所熟知的思维方式。在现代科学整体比和高度综合发展的趋势下,人类在众多规模庞大、关系复杂、参数众多的复杂问题面前是无能为力的。但是,系统分析方法可以站在时代的前沿。为用战略眼光和全局观研究现代复杂问题提供了有效的思路。因此,系统论提供的新思想、新方法,与信息论、控制论等其他交叉科学一起,为人类的思维开辟了新的途径。作为现代科学的新趋势,它们促进了各种科学的发展。
系统论反映了现代科学的发展趋势、现代社会化大生产的特点和现代社会生活的复杂性,其理论和方法可以广泛应用。系统论不仅为现代科学的发展提供了理论和方法,而且为解决现代社会政治、经济、军事、科学、文化等各种复杂问题提供了方法论基础。系统的概念正在渗透到各个领域。目前,它也被广泛应用于体育领域,并取得了许多重大成果。
一般系统理论
亚里士多德早就说过“整体大于部分之和”。因此,对该制度的研究可以说是从古代就开始了。作为现代系统论的基本思想,最早是由奥地利生物学家贝特朗·塔菲(Bertrand Taffey)在20世纪20年代初提出的,但最初被认为是“有机体生物学”,这是生物学中的一个有机概念,强调生命现象不能用机械的观点来揭示,而只能作为一个整体或系统来看待。65438-0968年,Bertrand Taffey发表了《一般系统理论的代表作——基础发展与应用》。现在系统思想已经形成了一股重要的思潮,正在日益产生重大而深远的影响。
一.系统
1,系统的含义及其分类
关于系统论的内涵和外延,众说纷纭。人们现在把系统论看作是介于哲学和具体科学之间的交叉科学。它是作为比具体学科更一般的科学理论来研究的,但它不同于哲学。现代系统论具有可证明性、抽象性和数学合理性的特点。Bertalanfeld将系统的一般概念定义为“系统是与环境有一定关系的组成部分的总和”。或者:
系统——由两个或两个以上具有整体功能和综合行为的要素组成的统一集合体。
钱学森称之为极其复杂的研究对象体系。
系统的属性:
(1)系统的完整性:即不可加性。系统不是各部分的简单组合,而是具有统一性,各个组成部分或层次充分协调连接,以提高系统的有序性和整体运行效果。比如:①钢筋混凝土结构的强度大于钢筋、水泥、砂的强度之和。拿破仑说,人数少的时候,大多数法国人输给了少数马克·刘牧人,人数多的时候,更少的法国人可以打败更多的马克·刘牧人。没有梵高的弟弟,梵高不可能出成果。没有赫歇尔的姐姐,赫歇尔不可能成为伟大的天文学家;没有阿贝尔的老师,就没有阿贝尔;没有孟母就没有孟子;没有伽罗瓦的母亲,就没有伽罗瓦。人们常说“三个臭皮匠,顶个诸葛亮”。反面例子就是上网,吸毒,赌博。⑥“三个和尚没水吃”是因为精力消耗在内耗上了。
⑵系统的关联性:系统中相互关联的部分或部件形成一个“部件集合”,“集合”中各部分的特性和行为相互制约、相互影响。这种相关性决定了系统的性质和形式。
⑶系统的功能和目标:大多数系统都可以执行某些功能,但并不是所有的系统都有目标,比如太阳系或某些生物系统。人造系统或复合系统都是根据系统的目的来设定其功能的,这类系统也是系统工程研究的主要对象。比如,管理系统要按照最佳经济效益优化配置各种资源;为了保护自己和消灭敌人,军事系统必须运用运筹学和现代科学技术来组织作战和发展武器。
⑷系统的层次性和相对性(有序性):由于系统的结构、功能和动态演化具有一定的方向性,所以系统具有有序性的特点。一般系统论的一个重要成果是将生物和生命现象的秩序和目的与系统的结构稳定性联系起来,也就是说,秩序可以使系统趋于稳定,只有有了目的,系统才能走向预期的稳定系统结构。行政系统分为厅、司、局、处、委。军制分为排、连、营、团、师、军等。,都是分等级的。
5.系统的复杂性和随机性:物质和运动密不可分,各种物质的特性、形态、结构、功能和规律性都是通过运动表现出来的。要理解物质,首先要研究物质的运动,系统的动态性使其具有生命周期。开放系统与外部环境有着物质、能量和信息的交换,系统的内部结构也可以随时发生变化。一般来说,系统的发展是一个定向的动态过程。
[6]系统的适应性:系统与其周围的环境之间通常有物质、能量和信息的交换。外部环境的变化会引起系统特性的变化,相应地会引起系统中各部分关系和功能的变化。为了保存和恢复系统原有的特性,系统必须具有适应环境的能力,如反馈系统、自适应系统和自学习系统。
2、系统的分类
(1)按系统规模分:小型系统、中型系统、大型系统、巨型系统。
(2)按构成要素的性质(根据人为干预的情况):自然系统、人为系统和复合系统。
自然系统——原始系统都是自然系统,比如天体、海洋、生态系统。再比如呼叫系统、消化系统、循环系统、免疫系统等。
人造系统——如卫星、海船、机械设备等。再比如:交通系统、商业系统、金融系统、工业系统、农业系统、教育系统、经济系统、文艺系统、军事系统、社会系统等等。
近年来,人造系统对自然系统的不利影响已成为人们关注的重要问题,如核军备、化学武器、环境污染等。自然系统是一个高阶复杂平衡系统,如气象系统、食物链系统、水循环系统等。自然系统中的有机物、植物和自然环境保持平衡状态。在自然界中,物质流动的循环和进化是最重要的,自然环境系统没有终结,没有废除,只有从一个层次到另一个层次的循环和发展。原始人类对自然系统的影响很小,但近几百年来,科技飞速发展,在造福人类的同时,也带来了危害甚至灾难,引起了人们的极大关注。例如,埃及的阿斯旺大坝就是一个典型的人造系统。大坝解决了埃及尼罗河的泛滥问题,但也带来了一些不利影响,如东部食物链被破坏,渔业减产,尼罗河流域土壤盐碱化加速,周期性干旱,影响了农业;由于河流污染,附近居民的健康受到影响。但如果能用系统工程的方法,综合考虑,统筹安排,就有可能得到一个既能解决洪水问题,又能把损失降到最低的较好方案。
复合系统——包括人造系统和自然系统。系统工程研究的对象大多是复合系统。但是从系统的角度来看,对系统的分析应该是自上而下而不是自下而上。比如研究系统及其环境,环境是最高层次。先关注制度对环境的影响,再研究制度本身。系统的最底层是组成系统的各个部分或元素。自然系统往往是复合系统的最高层次。
⑶根据系统与环境的关系,可分为开放系统、封闭系统和孤立系统。一个封闭的系统与外界没有明显的联系,环境只是为系统提供了一个边界。无论外部环境如何变化,封闭系统仍然表现出其内部稳定平衡的特征。封闭系统的一个例子是封闭罐中的化学反应。在一定的初始条件下,不同的反应物在罐中通过化学反应达到平衡状态。开放系统是指在信息、物质和能量方面与环境相互作用的系统。比如商业系统,生产系统或者生态系统,都是开放系统。当环境发生变化时,开放系统通过系统中的要素与环境的相互作用以及系统自身的调整,使系统达到某种稳定状态。因此,开放系统往往是自我调整或适应的系统。
此外,还可以分为:实体系统和抽象(概念)系统;按学科领域可分为自然系统、社会系统和思维系统;按范围分,有宏观体系和微观体系;按状态分,有静态系统和动态系统。还有平衡系统、不平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。
二、系统理论
1,系统理论概述
系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问。它研究各种系统的异同,用数学方法定量描述其功能,寻求并建立适用于所有系统的原理、原则和数学模型。它是一门具有逻辑和数学性质的新科学。系统思想历史悠久,但作为一种科学的系统理论,一般公认是由奥地利裔加拿大人、理论生物学家L·冯·贝塔朗菲(L.Von.Bertalanffy)创立的。他在1952发表了《抗体系统论》,提出了系统论的思想。1973提出了一般系统论原理,奠定了这门科学的理论基础。但他的论文《论一般系统论》直到1945才单独发表,他的理论直到1948在美国再次讲授《一般系统论》才被学术界重视。这门科学的学术地位是由Bertalanfi在1968年出版的一部专著确立的:一般系统论——基础、发展与应用(一般系统论;基础、开发、应用),是该学科公认的代表作。
系统这个词来源于古希腊语,意思是从部分到整体。今天人们从各种角度研究制度,制度的定义有几十种。比如“系统是一组给定的要素及其正常行为”、“系统是一个有组织有组织的整体”、“系统是一组相关的物质和过程”、“系统是许多要素保持有机秩序并朝着同一目标作用的东西”等等。一般系统论试图给出一个能描述各种系统相同特征的一般系统定义。通常,系统被定义为由若干要素以一定的结构形式连接而成的具有一定功能的有机整体。这个定义包括系统、要素、结构和功能四个概念,表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境的关系。
系统论认为,整体性、关联性、层次结构、动态平衡和时序性是所有系统的基本特征。这些既是系统的基本思想和观点,也是系统方法的基本原则,说明系统论不仅是反映客观规律的科学理论,而且具有科学方法论的意义,这是系统论的特点。Bertalanfi已经解释了这一点。英语系统方法可以翻译成系统方法或系统理论,因为它不仅可以表示概念、观点和模型,还可以表示数学方法。他说我们刻意用了接近这个词,这个词并不太严谨,恰恰说明了这门学科的性质和特点。
系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲强调,任何系统都是一个有机整体,它不是各部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是所有要素孤立存在时所不具备的新品质。他用亚里士多德的名言“整体大于部分之和”来说明系统的整体性,反对元素有好的性能,整体性能一定好,整体性能一定好,用部分来说明整体的机械观点。同时认为系统中的每一个元素都不是孤立存在的,每一个元素都在系统中处于一定的位置,起着特定的作用。这些要素相互关联,构成一个不可分割的整体。元素是整体中的一个元素,如果把它从整个系统中切割出来,它就失去了作用。就像手是人体内的劳动器官一样,手一旦从人体上切掉,就不再是劳动器官了。
系统论的基本思维方法是把所研究和处理的对象作为一个系统来对待,分析系统的结构和功能,研究系统、要素、环境之间的关系和变化的规律性,优化系统的观点来看问题。世间万物都可以看作一个系统,系统是普适的。浩瀚的宇宙,微小的原子,一粒种子,一群蜜蜂,一台机器,一个工厂,一个社会,...都是系统,整个世界都是系统的集合。系统有很多种,可以根据不同的原理和情况进行分类。系统论的任务不仅在于认识系统的特征和规律,而且在于利用这些特征和规律来控制、管理、改造或创造一个系统,使其存在和发展符合人类目的的需要。换句话说,研究系统的目的是调整系统结构,直接控制各种要素之间的关系,使系统达到最优化目标。
系统论的出现深刻地改变了人类的思维方式。以前商业局是把事情分解成几个部分,抽象出最简单的因素,然后用某些部分的性质来解释复杂的事情。这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法。这种方法侧重于部分或要素,遵循单一因果决定论,虽然几百年来在特定范围内是一种有效的、人们熟悉的思维方法。原因是它不能如实说明事物的整体性,不能反映事物之间的联系和相互作用,只适合理解简单的事物,而不能胜任复杂问题的研究。在现代科学综合化、商科综合化发展的趋势下,人类面对众多规模庞大、关系复杂、参数众多的复杂问题是无能为力的。在传统分析方法束手无策的时候,系统分析方法可以站在时代的前沿,为现代复杂问题提供一种全局观的有效思维方式。因此,系统论与控制论、信息论等交叉科学一起,提供了新的思路和方法,为人类思维开辟了新的途径。作为现代科学的新趋势,它们促进了各种科学的发展。
系统论反映了现代科学的发展趋势、现代社会化大生产的特点和现代社会生活的复杂性,其理论和方法可以广泛应用。系统论不仅为现代科学的发展提供了理论和方法,而且为解决现代社会政治、经济、军事、科学、文化等各种复杂问题提供了方法论基础。系统的概念正在渗透到各个领域。目前,系统理论的发展趋势和方向正朝着统一各种系统理论,建立统一的系统科学体系的目标前进。
有些学者不同意“随着系统的运动,出现了各种系统(理论),这些系统(理论)的统一成为重大的科学和哲学问题。”目前,系统论已经表现出几个值得注意的趋势和特点。
一是系统论与控制论、信息论、运筹学、系统工程、电子计算机和现代通信技术等新兴学科相互渗透、紧密结合;
第二,系统论、控制论、信息论正在向“三合一”方向发展,现在已经明确系统论是另外两种理论的基础;
第三,新的科学理论如耗散结构论、协同学论、突变论、模糊系统论等从各个方面丰富和发展了系统论的内容,因此有必要总结出一个系统学作为系统科学的基础科学理论;
第四,人们越来越重视系统科学的哲学和方法论。在这些系统科学的发展形势下,国内外许多学者致力于综合各种系统理论的研究,探索建立统一的系统科学体系的途径。一般系统论的创始人贝塔朗菲把他的系统理论分为两部分。他的狭义系统论和广义系统论是两个部分。他的狭义系统论侧重于对系统本身的分析和研究;而他的广义系统论就是分析和研究一种相关的系统科学。包括三个方面:1。系统科学和数学系统理论;2.系统技术,涉及控制论、信息论、运筹学和系统工程;3.系统哲学,包括系统本体论、认识论和价值论。有人提出以信息、能量、物质、时间作为身体的基本概念,建立新的统一理论。瑞典德格莫尔大学教授塞缪尔在1976年的一般系统论年会上发表了《系统论》。控制论与信息论融合为一门新学科的设想。在这种情况下,《美国系统工程杂志》也更名为《系统科学杂志》。
我国有学者认为,系统科学应包括系统概念、一般系统理论、系统理论分析、系统方法论(包括系统工程和系统分析)和系统方法的应用五个部分。中国著名科学家钱学森教授。从1979开始,他发表了很多文章来表达自己是一个与自然科学和社会科学并列的大类科学。系统科学和自然科学一样,也分为系统工程技术(包括系统工程、自动化技术和通信技术)。系统技术科学(包括支撑科学、控制论、巨系统理论、信息论);系统基础科学(即系统学);系统观(即系统的哲学和方法论,是系统科学和马克思主义哲学的桥梁)。这些研究表明,在不久的将来,系统论将以崭新的面貌屹立于科学之林。
2、系统论的原理
系统论的原则主要是整体性原则、结构功能原则、目的性原则和最优化原则。
a)整体性原则:系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲反对元素性能好,整体性能就一定好的机械论观点,以部分解释整体。体现在三个方面:
(1)整体的本质不是元素所拥有的。例如,H2O在本质上不同于氢或氧。
(2)元素的性质影响整体。比如一台机器,某个部件出了问题,机器就会异常。
(3)元素的性质相互影响。如果班里有一个学生对理科感兴趣,就可能带动其他学生感兴趣,反之,如果有一个学生无故缺课,就会影响其他学生向他学习。系统中的每一个元素都不是孤立存在的,每一个元素都在系统中处于一定的位置,起着特定的作用。这些要素相互关联,构成一个不可分割的整体。元素是整体中的一个元素,如果把它从整个系统中切割出来,它就失去了作用。就像手是人体内的劳动器官一样,手一旦从人体上切掉,就不再是劳动器官了。
b)结构和功能原理:
(1)在要素不变的情况下,结构决定功能。例如,几乎所有种类的有机物都主要由碳、氢、氧和氮组成。往往作文结构不一样。再比如电子元件的不同组合可以形成各种家用电器。(当然反过来说,同样的结构,不同的元素,不同的功能)
⑵不同的结构和元素可以具有相同的功能。例如,人脑系统和计算机系统在某些功能上是相似的。利用这一原理,可以设计各种模拟系统。
(3)同一结构可能具有多种功能。比如一剂中药,可能有多重功效。
c)目的性原则:确定或把握系统目标,并采取相应措施实现目标。这就是控制论的研究内容。参见控制论。
d)优化原则:通过改变要素和结构来优化系统功能,以达到最佳目标。如田忌赛马的故事;战争期间的处置;材料的手工设计等。决策论和分配论讨论最优化问题。
三、系统工程及其方法
1,什么是系统工程?
有很多定义。钱学森说是科学方法,美国学者说是科学,说是特殊工程。但是大多数科学家认为这是一种管理技术。
系统工程是从整体上合理开发、设计、实施和应用系统科学的工程技术。它根据统筹协调的需要,综合运用自然科学和社会科学中的有关思想、理论和方法,以电子计算机为工具,对系统的结构、要素、信息和反馈进行分析,从而达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。
特点:
(1)研究对象是工程系统。
⑵研究目标是优化系统。
⑶系统工程是工业工程的发展,应用广泛。后者只适用于中小企业。
(4)它是一门跨越多种技术的交叉学科。
5]数学要求高,离不开电脑。
2、系统工程的步骤
影响最大的是霍尔三维结构,由美国通信工程师、系统工程专家A·D·霍尔于1969年提出。它用时间维度、逻辑维度和知识维度组成的三维空间结构来概括表达系统工程的阶段、步骤和知识范围。也就是说,它将系统工程活动划分为七个阶段和七个步骤,这七个阶段和七个步骤紧密相连,同时兼顾了完成每个阶段和步骤所需的各种专业知识,为解决复杂的系统问题提供了统一的思维方法。
(1)逻辑维度(解决问题的逻辑过程)。用系统工程方法解决大型工程项目时,一般可分为七个步骤:①明确问题。通过系统调查,尽可能全面地收集相关信息和数据,把问题搞清楚。②系统指标设计。选择评价系统功能的具体指标,以帮助衡量所选的系统方案。③系统方案综合。主要是根据问题的性质和一般功能需求,形成一套可供选择的系统方案。方案是根据问题的性质和一般功能要求,形成一套可供选择的系统方案,方案中要明确所要选择的系统的结构和相应的参数。④系统分析。分析系统方案的性能和特点,预定任务能够实现的程度以及在评价目标系统中的优劣顺序。⑤系统选择。在一定的约束条件下,从选出的方案中选出最佳方案。6决策。在分析、评估、优化的基础上,做出裁决,选择行动方案。⑦实施计划。这是根据最终选定的方案将系统付诸实施。以上七个步骤只是一个粗略的过程,对其顺序没有严格的要求,往往可能要重复多次才能得到满意的结果。
(2)时间维度(工作过程)。对于一个具体的工作项目,整个过程可以分为七个阶段:①计划阶段。即调查与方案设计阶段,旨在寻求活动的策划与策略;(2)拟定计划。提出具体方案。③发育阶段。制定发展计划和生产计划。④生产阶段。制作系统的部件和整个系统,并提出安装方案。⑤安装阶段。安装系统并完成系统的运行计划。⑥操作阶段。系统根据预期目的执行服务。⑦更新阶段。即为了提高系统功能,取消旧系统,用新系统代替,或者对原有系统进行改进,使其更有效地工作。
(3)知识维度(专业科学知识)。系统工程不仅需要一些完成上述步骤和阶段所需的* * *知识,还需要其他学科的知识和各种专业技术。霍尔将这些知识分为工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学和艺术等各种系统工程,如军事系统工程、经济系统工程、信息系统工程等。你需要用到其他相应的专业基础知识。
第四,系统工程的应用
中国古代的都江堰是应用系统工程的成功范例。主要由“余醉”岷江引水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝井口”工程和120附属工程三个主体工程组成。每一部分都是不可或缺的。
系统工程以复杂大系统为研究对象,最早由美国贝尔电话公司在20世纪40年代提出并应用。20世纪50年代,在美国一些大型工程项目和军事装备系统的研制中,充分展示了其解决复杂大型工程问题的有效性。随后在美国的导弹研制和阿波罗登月计划中发展迅速。20世纪60年代,中国开始在导弹研制过程中应用系统工程技术。20世纪七八十年代,系统工程技术开始向社会、经济、自然等领域渗透,并逐步分解为工程系统工程、企业系统工程、经济系统工程、区域规划系统工程、环境生态系统工程、能源系统工程、水资源系统工程、农业系统工程、人口系统工程等,成为研究复杂系统的有效技术手段。
系统工程应用广泛,包括(1)工程系统,研究大型工程项目的规划、设计、制造和运营。(2)社会制度:研究整个国家和社会制度的运行和管理。(3)经济体制:研究宏观经济发展战略、经济目标体系和宏观经济政策,进入投入产出分析。(4)农业系统:研究农业发展战略、农业结构、农业综合规划。(5)企业系统:学习产业结构、市场预测、新产品开发、生产管理系统、全面质量管理系统等。(6)科技管理系统:研究科技的发展战略、预测、规划和评价。(7)军事系统:研究国防总体战略、作战模拟、信息通信指挥系统、参谋指挥系统、后勤保障系统。(8)环境生态系统:研究环境系统和生态系统的规划、建设和管理。(9)人才发展体系:研究人才需求预测、人才结构分布、教育规划、智力投资等。(10)交通系统:研究交通规划、调度系统、运输效益分析、城市交通网络优化模型等。铁路、公路、海运和空运。(11)能源系统:研究能源的合理利用结构、能源需求预测和能源发展战略。(12)区域规划体系:研究区域人口、经济协调发展规划、区域资源优化利用、区域经济结构等。