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null第二章 系统理论与方法论第二章 系统工程理论与方法论第一节：系统工程理论基础 第二节：系统工程方法论及发展 第三节：系统分析原理及应用第一节:系统工程理论基础第一节:系统工程理论基础(1)系统科学体系 (2)系统工程理论 (1)系统科学的科学体系(1)系统科学的科学体系系统科学定义：系统科学是一门从总体上研究（复杂）系统共同运动规律的学科。 系统科学属于基础科学层次，主要讨论系统的概念、特征、类型及演化（动态）规律，探讨系统分析的方法和系统逻辑的具体应用。 重点是复杂系统演化规律的研究，难点是整体与局部关系（结构）的研究。1、物性与系统性(个性与共性)1、物性与系统性(个性与共性)物性——描述研究对象的物质特征； 系统性——描述研究对象的整体特征，即整体性。 系统往往与一修饰词组成复合词，如自然系统、物理系统、生物系统、军事系统、经济系统。 （ 物性+系统性） 传统科学研究物性： 数、理、化、天、地、生 ... 系统科学研究系统性： 如整体与局部的关系 结构与功能的关系 稳定与演化的关系2、整体与局部的关系：涌现性2、整体与局部的关系：涌现性涌现的定义（斯文森，1989） 涌现是一组元素（或广义粒子）在一个广义的“流场”作用下，从一种杂乱无章的状态向一种协调一致的状态的自发转变。从广义上讲，涌现包括了现实中所有新系统的出现、序的产生和层次复杂性的增加。涌现性的特点： （1）微观不可预测性：即使对低层次元素有完备的知识，也不可能推断出高层次的结构。 （2）新质特性：涌现性对元素的性质而言是全新的，处在一种更宏观的层次上，是在微观层次不存在的新质。 （3）不变性：涌现性相对于微观层次的元素状态而言，有一定的不变性，元素总是处于微涨落不断变化的状态中，但整体的特性相对不变。 （4）宏观约束性：系统的整体性约束元素的行为，即元素间的相互作用产生了宏观层次上涌现的整体或约束，这种宏观约束又反过来支配元素的行为。 3、钱学森提出的系统科学体系结构（1981）3、钱学森提出的系统科学体系结构（1981）(2)SE理论(2)SE理论系统工程是一门交叉学科。理论基础涉及老三论、新三论、运筹学、数理统计、等诸多学科。 钱学森——我认为把运筹学、控制论和信息论同贝塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗散结构理论）、哈肯（协同学）、艾根（超循环理论）等人的工作融会贯通，加以整理，就可以写出《系统学》这本书了。 可见，系统论、控制论、运筹学的理论基础地位和重要性。 运筹学运筹学运筹学是应用分析、试验、量化的方法，对经营管理系统中的人、财、物等有限资源进行统筹安排，为决策者提供有依据的最佳化，以实现最有效的管理 运筹学往往运用模型化的方法，将一个已确定研究范围的问题，依据预期的目标，将问题中的主要因素及各种限制条件间的因果关系、逻辑关系建立数学模型，通过模型求解来找出最佳方案 运筹学的分支 线性规划、非线性规划、动态规划、排队理论、决策理论等null一般系统论（general system theory) 1924-1928;奥地利理论生物学家L.VON 贝塔朗菲； 1945年发表《关于一般系统论》 研究复杂系统一般规律的学科 基本观点 整体性 开放性及目的性（有效性、适应性、寻的性） 动态相关性（动态性取决于相关性） 等级层次性 有序性（结构或空间；发展或时间） 启示：主张以整体论代替还原论。（思想作用更大） 提出了系统的方法：核心在于优化，整体最优？。1、老三论还原论和整体论之争还原论和整体论之争２０世纪基础科学的三大成就相对论、量子论和复杂科学的核心思想和结论分别从宇观(时空折叠、速度与应力)、微观（非连续性）和宏观尺度下证实了还原论的局限性：其中，量子论从根本上动摇了还原论。 复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论（蝴蝶效应）推动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。因此，复杂科学的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似描述的仅仅是我们世界的很小的一部分。 整体性体现的是非还原性或非加和性。null*量子论从根本上动摇了还原论：描述微观世界最为成功的理论是量子论。量子论认为，我们的世界是一个非机械的、相互联系的、不可分割（还原）的世界。物质世界的根本元素就不是被分割的机械的原子、质子、中子，而是一个有机联系的整体。量子论问世导致了测不准原理的提出。测不准原理认为无法还原位置和速度两个基本量。这表明，在对待位置和速度这两个基本量上，还原论是失效的。微观层次上的还原论失效，导致了机械的决定论的失效。 null*复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论推动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。因此，复杂科学的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似描述的仅仅是我们世界的很小的一部分。 null* 整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体，各种事物之间相互联系，不可机械地分割。整体论思想是：整体的性质和功能不等同于其各部分（要素）的性质和功能的迭加；整体的运动特征只有在比其部分（要素）所处层次更高的整体层次上才能进行描述；整体与部分（要素）遵从不同描述层次上的规律。简言之整体性也就是非还原性或非加和性。 null控制论（Cybernatics） 维纳于1948年出版了《控制论》一书 经典控制论——现代控制论——大系统控制理论 研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、建模及模型简化等。 对系统方法的启示： 黑箱-灰箱-白箱法 功能模拟法 反馈 形式化、数量化、最优化方法null信息论（不确定的减少） 美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳 （信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤维等为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标。 启示： 类比方法 统计方法，概率论和随机过程 信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的一种研究方法）------变量筛选、特征选择（熵）2、新三论2、新三论耗散结构理论（dissipative structure theory) 1969；比利时统计物理学家I.普利高津 所谓耗散结构就是包合多基元、多组元、多层次的开放系统，处于远离平衡态时，在涨落的触发下，从无序突变为有序，而形成的一种时间、空间或时间-空间的结构(非平衡不一定导致有序，平衡不一定是无序之本) 在耗散结构创立之前，世界被一分为二 一个是物理世界，这个世界是简单的、被动的、僵死的、不变的、可逆的、和决定论的量的世界 另一个世界是生物界和人类社会，这个世界是复杂的、主动的、活跃的、进化的，不可逆的，和非决定论的质的世界 耗散结构把这两个世界结合在一起共同思考，研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论null协同学（synergetics） 70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯（协同导致有序） 研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科 突变论（catastrophe theory）--风险（飞机失事、信用失效、自然灾害等）(渐变) 60年代末，法国数学家 R.托姆 研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般形态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型。null20世纪40年代以后出现的部分系统学科分支 思考题思考题2-1.简述一般系统论、控制论和信息论对系统工程方法论的启示。 2-2.请设计适当项目，列表比较系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变论的特点。