系统工程的理论基础

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1、系统工程理论基础1一般系统论1.1一般系统论的历史背景系统的存在是客观事实，但人类对系统的认识却经历了漫长的岁月，对简单系统研宂得较多，而对复杂系统则研究得较少。直到20世纪30年代前后才逐渐形成一般系统论。一般系统论來源于生物学中的机体论，是在研究复杂的生命系统中诞生的。1924〜1928年奥地利理论生物学家L.von災塔朗菲多次发表文章表达一般系统论的思想，提出生物学屮有机体的概念，强调必须把有机体当作一个整体或系统来研究，才能发现不同层次上的组织原理。他在1932年发表的《理论生物学》和1934年发表的《现代发展理论》中提出

2、用数学模型來研究生物学的方法和机体系统论的概念，把协调、有序、目的性等概念用于研宂有机体，形成研究生命体的三个基本观点，即系统观点、动态观点和层次观点。1945年他发表《关于一般系统论》的文章，但不久毁于战火，没有引起人们的注意。1947〜1948年贝塔朗菲在美国讲学和参加专题讨论会时进一步阐明了一般系统论的思想，指出不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何，存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律,并于1954年发起成立一般系统论学会(后改名为一般系统论研宂会)，促进一般系统论的发展，出版《行为科学》杂志

3、和《一般系统年鉴》。虽然一般系统论几乎是与控制论、信息论同吋出现的，但直到60〜70年代才受到人们的重视。1968年贝塔朗菲的专著《一般系统论一基础、发展和应用》，总结了一般系统论的概念、方法和应用。1972年他发表《一般系统论的历史和现状》，试图重新定义一般系统论。贝塔朗菲认为，把一般系统论局限于技术A面当作一种数学理论来看是不适宜的，因为有许多系统问题不能川现代数学概念表达。1.2—般系统论的基本观点(1)系统的整体性系统是若干事物的集合，系统反映了客观事物的整体性，但又不简单地等同于整体。因为系统除了反映客观事物的整体之外，

4、它还反映整体与部分、整体与层次、整体与结构、整体与环境的关系。这就是说，系统是从整体与其要素、层次、结构、环境的关系上来揭示其整体性特征的。要素的无组织的综合也可以成为整体，但是无组织状态不能成为系统，系统所具有的整体性是在一定组织结构基础上的整体性，要素以一定方式相互联系、相互作用而形成一定的结构，才具备系统的整体性。整体性概念是一般系统论的核心。(1)系统的有机关联性系统的性质不是要素性质的总和，系统的性质为要素所无；系统所遵循的规律既不同于要素所遵循的规律，也不是要素所遵循的规律的总和。不过系统与它的要素又是统一的，系统的性

5、质以要素的性质为基础，系统的规律也必定要通过要素之间的关系(系统的结构)体现出来。存在于整体屮的要素，都必定具有构成整体的相互关联的内在根据，所以要素只有在整体中才能体现其要素的意义,一旦失去构成整体的根据它就不成其为这个系统的要素。归结为一句话就是：系统是要素的有机的集合。(2)系统的动态性系统的有机关联不是静态的而是动态的。系统的动态性包含两方面的意思，其一是系统内部的结构状况是随时间而变化的；其二是系统必定与外部环境存在着物质、能铽和信息的交换。比如生物体保持体内平衡的重要基础就是新陈代谢，如果新陈代谢停止就意味着生物体的死

6、亡，这个作为生物体的系统就不复存在。贝塔朗菲认为，实际存在的系统都是开放系统，动态是开放系统的必然表现。(3)系统的有序性系统的结构、层次及其动态的方向性都表明系统具有有序性的特征。系统的存在必然表现为某种有序状态，系统越是趋向有序，它的组织程度越高，稳定性也越好。系统从有序走向无序，它的稳定性便随之降低。完全无序的状态就是系统的解体。(4)系统的目的性为了避免误解(主要是避免与古人的“H的论”混同)，也有人把它称为“预决性”。W塔朗菲认为，系统的有序性是有一定方昀的，即一个系统的发展方向不仅取决于偶然的实际状态，还取决于它自身所

7、具有的、必然的方向性，这就是系统的目的性。他强调系统的这种性质的普遍性，认为无论在机械系统或其他任何类型系统中它都荇遍存在。2控制论2.1控制论的产生与发展1947年由美国人维纳(NorbertWiener)创立的控制论(Cybernetics)是一门研究系统的控制的学科。1948年维纳发表獎基性著作《校制论》，这本书的副题是“关于动物和机器中控制和通信的科学”，控制论的名称因此而定。维纳抓住了一切通信和控制系统的共同特点，即它们都包含着一个信息传输和信息处理的过程。维纳指岀：一个通信系统总是根据人们的需要传输各种不同的思想内容的

8、信息，一个自动控制系统必须根据周围环境的变化，自己调整自己的运动，具有一定的灵活性和适应性。通信和控制系统接收的信息带有某种随机性质，具有一定的统计分布，通信和控制系统本身的结构也必须适应这种统计性质，能对一类在统计上预期要收到的输入作出统计上令人