系统的概念特征与系统方法.docx
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系统的概念特征与系统方法
Lastrevisiondate:
13December2020.
系统的概念特征与系统方法
系统的概念、特征与系统方法
一、系统的历史渊源
A、西方哲学史有关系统的思想渊源
1、德谟克里特世界大系统、世界小系统；
2、亚里士多德：
整体大于部分的总和；
3、中世纪神创论：
世界是上帝创造的系统；
4、康德的：
星云假说；
5、黑格尔的真理系统：
真理只有作为系统才是现实的。
没有系统的思想只能表明个人的主观心情，它的结论必然是带有偶然性的。
6、马克思：
一个人的力量是有限的，如果我们把每一个人的力量集中起来就会变成一个合力。
这个合力就会比每一个人的力量之和要大得多。
7、恩格斯：
拿破仑打仗的系统思想：
一个马木留克兵可以战胜二个法国兵；一百个法国兵与一百个马木留克兵势均力敌；一千个法国兵能战胜一千五百个马木留克兵；而一千五百个法国兵则能战胜三千个马木留克兵。
－恩格斯《自然辩证法》。
B、中国哲学史有关系统的思想渊源
1、盘古开天辟地：
天地混沌如鸡子，盘古生其中，万八千岁，天地初开。
上清为天，下浊为地。
天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈。
如此又万八千岁，天数极高，地数极厚，盘古极长。
而后盘古垂死化身，骨骼化为三山五岳，血脉化为江河，皮肤化为田地，身之诸虫化为黎虻。
－《三五历记。
卷五》
2、《易经》的系统思想：
天地生二极，二极生阴阳，阴阳生四象，四象生八卦。
3、老子《道德经》：
道可道非常道，名可名非常名。
无名天地之始，有名万物之母。
道生一，一生二，二生三，三生万物。
4、孙膑：
田忌与齐威王赛马的系统思想。
5、人心齐，泰山移；众人拾柴火焰高；拧成一股绳。
6、中医的辩证治疗方法等等。
中国古代朴素的整体观念强调的是整体、和谐和协调，《淮南子?
精神》中所言“夫天地运而相通，万物总而为一”便体现了这一观念。
二、现代系统论
1、系统论之父——冯·贝塔朗菲—生平、思想及贡献
2、老三论与新三论：
（1）老三论：
系统论、信息论与控制论；
（2）新三论：
耗散结构理论、协同学（超循环论）与突变论；
a.耗散结构理论
b.协同学（超循环论）
c.突变论或霍金的大爆炸宇宙论
3、系统哲学：
欧文·拉兹洛《系统哲学引论－－一种当代思想的新范式》
4、钱学森的系统思想：
钱学森先生的系统理论：
我国有的学者认为系统科学应包括系统概念、一般系统理论、系统理论分论、系统方法论（系统工程和系统分析包括在内）和系统方法的应用等五个部分。
我国着名科学家教授多年致力于系统工程的研究，十分重视建立统一的系统科学体系的问题，自1979年以来，多次发表文章表达他把系统科学看成是与自然科学、等相并列的一大门，系统科学象自然科学一样也区分为系统的（包括系统工程、和通讯技术）；系统的（包括支筹学、控制论、巨系统理论、信息论）；系统的基础科学，（即）；系统观（即和方法论部分，是系统科学与的哲学连接的桥梁四个层次）。
这些研究表明，不久的将来系统论将以崭新的面貌矗立于科学之林。
钱学森先生不仅是我国最着名的空气动力学家，而且也是国际知名的系统论专家。
他不仅获得“两弹一星功勋奖章”、国家杰出贡献科学家、中国绿色贡献终身成就奖。
而且，由于他在研究和推广系统论方面的突出贡献，1995年获得美国系统论学会的小鲁克斯·韦尔的奖章与奖金。
钱学森先生的系统概念：
系统是处在相互联系之中的各组成要素结合而成的具有特定功能的有机整体。
三、系统的特征与系统方法
系统论是研究系统的一般模式，结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门科学。
1、系统的特征：
第一、整体性特征；
任何系统都是由要素组成的一个有机整体；虽然系统是由要素或子系统组成的，但系统的整体性功能不等于各要素的性能之和。
现代企业管理中有一个着名的法则：
“一头狮子所带领的一百只绵羊绝对能战胜一只绵羊所带领的一百头狮子。
”因此在处理系统问题时要注意研究系统的结构与功能的关系，重视提高系统的整体功能。
任何要素一旦离开系统整体，就不再具有它在系统中所能发挥的功能。
第二、结构性特征；
系统的整体性取决于系统的结构。
结构是系统中各要素之间相互联系、相互作用的方式。
一个系统是由三个因素决定的：
一是构成要素的性质；二是构成要素的数量；三是构成要素的连结方式。
如一个国家的构成、一个球队的构成等；
第三、层次性特征；
一个系统总是由若干子系统组成的，该系统本身又可看作是更大的系统的一个子系统，这就构成了系统的层次性。
不同层次上的系统运动有其特殊性。
在研究复杂系统时要从较大的系统出发，考虑到系统所处的上下左右关系。
第四、开放性或变异性特征；
系统的内部要素之间的联系，使系统具有整体性、结构性、层次性的特征，而系统的外部联系使外部环境成为系统生成和发展的条件，从而使系统具有开放性。
系统的开放性说的是系统与周围环境即其他系统的相互联系。
一个具体的系统总是与周围环境或其他系统处在相互联系、相互作用即进行物质、信息、能量的转换或交换之中。
否则，系统就不能存在和发展。
普里高津在研究了大量系统的自组织过程以后，总结、归纳得出，系统形成有序结构需要下列条件：
（1）系统必须开放。
指出：
孤立系统的熵不可能减少。
对于一个孤立系统，无论其微观机制如何，如果从宏观上看，它可以被当成是孤立系统，则必然要达到。
耗散结构理论认为，对于孤立系统来说熵是增加的即正的，总过程是从有序到无序；而对于开放系统来说，由于通过与外界交换物质和能量，可以从外界获取负熵用来抵消自身熵的增加，从而使系统实现从无序到有序、从简单到复杂的演化。
（2）远离平衡态。
远离平衡态是系统出现有序结构的必要条件，也是对系统开放的进一步说明。
开放系统在外界作用下离开平衡态，开放逐渐加大，外界对系统的影响逐渐变强，将系统逐渐从近平衡区推向远离平衡的非线性区，只有这时，才有可能形成，否则即使开放，也无济于事。
（3）非线性相互作用。
组成系统的子系统之间存在着相互作用，一般来讲，这些相互作用是非线性的，不满足。
正因为这样，由子系统形成系统时，会涌现出新的性质。
（4）涨落。
涨落是指对系统稳定状态的偏离，它是实际存在的一切系统的固有特征。
系统内部原因造成的涨落，称为内涨落；系统外部原因造成的涨落，称为外涨落。
处于平衡态系统的随机涨落，称为微涨落；处于远离平衡态的非平衡态系统的随机涨落，称为巨涨落。
对于远离平衡态的非平衡态系统，随机的小涨落有可能迅速放大，使系统由跃迁到一个新的，从而形成耗散结构。
2、系统方法
系统思想是一般系统论的认识基础，是对系统的本质属性（包括整体性、结构性、层次性、开放性）的根本认识。
如果说系统方法的出发点和基础是整体性方法；那么，系统思想和方法的核心问题是如何根据系统的本质属性使系统最优化；而模型化方法是实现系统最优化方法的途经。
第一、系统的整体性方法；
整体性方法是系统方法的核心和出发点，是系统方法的一个最基本的方法。
整体性方法要求我们正确地处理整体与要素、全局与局部之间的关系；第一，要以整体的观点看待和处理事物。
所谓系统工程就是要求我们从系统的整体特征、功能和目标出发，区认识和规划、设计各个组成部分，一达到最佳的整体效果，不能只局限于局部效果或利益。
同时，整体性方法要解决的是所谓整体性的悖论：
即整体的功能是不等于各要素功能的简单相加。
实例：
美国的阿波罗登月计划
背景资料：
美国阿波罗登月计划简单回顾
美国是迄今为止唯一一个将人类送上月球的国家。
阿波罗登月计划是美国航天局从1957年开始到1972年底结束，耗时15年，耗资430多亿美元，它组织和动员了美国143所大学和科研机构多达42万科研人员完成的，前后进行了11次载人飞船的发射。
其中，1969年7月16日—24日阿波罗11号飞船所乘的三名宇航员阿姆斯特朗、科林斯、奥乐德林飞行8天3小时，首次在1969年7月20日载人月球登陆行动成功，首次在月球行走。
他们在太空行走时间2小时31分钟，树起了美国国旗、安放了仪器，在登陆处树立了一个牌子，上面写着：
“人类首次月球登陆处，1969年7月。
我们是为了全人类带着和平之意而来。
”月球表面行走时间21.6小时，绕月球轨道飞行30次。
登月舱的上升阶段舱留在了月球轨道，共采集了20公斤的物质。
这标志着人类进入太空时代的开始。
阿波罗登月计划是成功利用系统的整体性方法的范例！
以下是美国阿波罗登月计划简单回顾：
1、载人航天阿波罗7号飞船
推进装置：
“火星”1B火箭
时间：
1968年10月11日-22日
乘员：
希拉、艾西尔和坎宁哈姆。
飞行时间为10天20小时，共绕地球飞行163圈，这是阿波罗飞船的第一次载人地球轨道飞行。
首次载人飞船上的电视直播。
2、阿波罗8号飞船
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1968年12月21日—27日
乘员：
波尔曼、洛弗尔和安德斯
飞行时间为6天3小时，绕月球轨道飞行10次，飞行了20小时。
这是世界上第一艘绕月飞行的载人飞船。
测试了支持系统。
对地球和月球进行了拍照，现场电视直播。
3、阿波罗9号飞船
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1969年3月3日—13日
乘员：
麦克迪维特、斯科特和施维卡特
飞行时间为10天1小时，全部登月设备在地球轨道上的首次载人飞行。
施维卡特进行了37分钟的太空行走。
在152次的轨道飞行中测试了人类在太空环境中的反应和失重状成。
载人登月舱的首次飞行。
4、阿波罗10号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1969年5月18日—26日
乘员：
斯坦福尔德、约翰.杨和塞尔南
飞行时间为8天3分钟，登月降落演练，登月舱和指挥舱、服务舱在月球、地球和月球之间环境下的首次载人飞行。
月球轨道飞行时间61.6小时，绕月球轨道飞行31次。
登月舱至月球表面15243米处。
首次在太空实现电视直播。
验证了除向月球表面降落之外的全部登月程序。
5、阿波罗11号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1969年7月16日—24日
乘员：
阿姆斯特朗、科林斯、奥乐德林
飞行时间为8天3小时，首次载人月球登陆行动，首次在月球行走。
“体斯顿，宁静基地报告，鹰已降落。
”1969年7月20日。
降落地点：
静海。
坐标：
北0.71度，东23.63度。
太空行走时间2小时31分钟，树起了旗帜、安放了仪器，在登陆处树立了一个牌子，上面写着：
“人类首次月球登陆处，1969年7月。
我们是为了全人类带着和平之意而来。
”月球表面行走时间21.6小时，绕月球轨道飞行30次。
登月舱的上升阶段舱留在了月球轨道，共采集了20公斤的物质。
6、阿波罗12号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1969年11月14日—24日
乘员：
康拉德、戈登、比恩。
飞行时间：
10天4小时36分钟，登陆地点：
风暴洋。
坐标：
南0.71度，西23.63度。
取回于1967年4月在月球登陆的探测者3号的部分部件。
安放了阿波罗月球表面实验设备。
月球表面停留时间31.5小时。
月球轨道飞行时间89小时，绕月球轨道飞行45次。
登月舱下载阶段舱降落在月球上，采集了34公斤的物质。
7、阿波罗13号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1970年4月11日—17日
乘员：
洛弗尔、海斯、斯威加特。
飞行时间5天22.9小时。
进行了三次着陆努力，由于液氧箱爆炸，终止登月。
由于获得了营救人员的经验，这次失败被称为“成功的失败。
”用过的登陆舱上升阶段舱成功地降落在月球上。
8、阿波罗14号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1971年1月31日—2月9日
乘员：
谢泼德、罗塞、米切尔
飞行时间9天，登陆地点：
弗拉·摩洛地区。
坐标：
南3.65度，西17.48度。
装置核动力科学实验站和其它实验设备。
月球表面停留时间33.5小时，月球轨道飞行时间67小时，绕月球轨道飞行24次。
进行了两次太空行走，时间为9小时24分钟，第三级降落在月球上，采集了42公斤的物质，首次使用手推车来运输岩石。
9、阿波罗15号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1971年7月26日—8月7日
乘员：
斯科特、沃登、欧文
飞行时间12天17小时，登陆地点：
亚平宁山哈德利峡谷。
坐标：
北20.68度，东3.66度。
进行了三次太空行走，时间为10小时36分。
在返往地球时，沃登进行了38分钟的舱外行走。
首次携带轨道感应器。
装置核动力科学实验站，着陆的科学设备数量增加了一倍。
改进后的太空服增加了机动性，使宇航员可以在月球上停留更长的时间。
月球表面停留时间66.9小时。
首次使用四轮月球车，月球车行走了27.9公里（17分钟）。
月球轨道飞行时间145小时，绕月球轨道飞行74次。
首次在月球轨道上发射小卫星。
采集了6.6公斤的物质。
10、阿波罗16号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1972年4月16日—27日
乘员：
约翰·杨、马丁利、杜克
飞行时间11天1小时，登陆地点：
笛卡儿高地。
坐标：
南8.97度，东15.51度。
首次对高地地区进行研究，在月球表面进行了实验、首次在月球上首用紫外线摄影光谱仪、宇宙线探测仪，再次使用四轮月球车。
月球表面停留时间71小时。
月球轨道飞行时间126小时，绕月球轨道飞行64次。
首次在月球轨道上发射小卫星。
采集了95.8公斤的月球物质样本。
马丁利进行了宇宙行走1小时。
11、阿波罗17号
推进装置：
“火星”V火箭
时间：
1972年12月7日—19日
乘员：
塞尔南、伊文斯、斯密特
飞行时间12天13小时52分钟，最后一次登月任务。
登陆地点：
陶拉斯·利特罗山脉。
坐标：
北20.16度，东30.77度。
进行了3次舱外行走，时间为22小时4分。
伊文斯进行了1小时零6分的舱外行走。
斯密特是首位登陆月球的科学家。
建立了第六个自动研究站。
月球车行走了30.5公里。
月球表面停留时间75小时。
月球轨道飞行时间17小时，采集了110.4公斤的月球物质样本。
实例：
中国的三峡工程：
1、投资2500亿元；
2、实现目标：
发电、防洪、航运；
3、移民；三峡水库将淹没陆地面积632平方公里，淹没城市2座、县城11座、集镇116个，涉及到湖北省夷陵区、秭归县、兴山县、巴东县和重庆市主城区及所辖的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、万州区、石柱县、忠县、开县、丰都区、涪陵区、武隆县、长寿县、渝北区、巴南区、江津市等。
其中秭归、兴山、巴东、巫山、奉节等9座县城和55个集镇全部淹没或基本淹没。
移民是三峡工程最大的难点，在工程总投资中，用于移民安置的经费便占到了45%。
当三峡蓄水完成后，将会淹没129座城镇，其中包括万州、涪陵等两座中等城市和十多座小城市，会产生113万移民，在世界工程史上绝无仅有，并且如果库尾水位超出预计，还会再增加新的移民数量。
移民的安置主要通过就地后靠或者就近搬迁来解决，但后来发现，水库淹没了大量耕地，从而导致整个库区人多地少，生态环境趋于恶化，于是对农村人口又增加了一种移民方式，就是由政府安排，举家外迁至其他省份居住，目前已经有大约14万名库区移民迁到了上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、湖北（库区外）、湖南、广东、重庆（库区外）、四川等省市生活。
4、对自然人文景观及历史文化遗产的破坏；
5、对自然环境与动植物生存环境的破坏等；
资料：
三峡工程简介
三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。
1992年4月3日，七届人大五次会议审议并通过了《关于兴建长江三峡工程决议》。
1992年4月3日，全国人大七届五次会议以1767票赞同、171票反对、664票弃权、25人未按表决器近三分之一的人反对或者弃权的结果，通过了《长江三峡工程决议案》，1994年正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，2009年全部完工。
1994年12月14日，三峡工程在前期准备的基础上正式开工。
-工期
三峡工程分三期，总工期17年。
一期工程5年（1993――1997年），除准备工程外，主要进行一期围堰填筑，导流明渠开挖等。
二期工程6年（1997―――2003年），工程主要任务是修筑二期围堰，左岸大坝的电站设施建设及机组安装等。
导流明渠截流是二期工程转向三期工程建设的重要标志。
三期工程6年（2003―――2009年），本期进行的右岸大坝和电站的施工，并继续完成全部机组安装。
届时，三峡水库将是一座长达600公里，最宽处达2000米，面积达10000平方公里，水面平静的峡谷型水库。
-巨大效益
三峡工程是中国，也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程。
它具有防洪、发电、航运等综合效益。
防洪兴建三峡工程的首要目标是防洪，可有效地控制长江上游洪水。
经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪标准由现在的约10年一遇提高到100年一遇。
发电三峡水电站总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿千瓦时。
它将对华东、华中和华南地区的经济发展和减少环境污染起到重大的作用。
航运三峡水库将显着改善宜昌至重庆660公里的长江航道，万吨级船队可直达重庆港。
航道单向年通过能力可由现在的约1000万吨提高到5000万吨，运输成本可降低35-37%。
-枢纽布置
枢纽主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物三大部分组成。
大坝位于河床中部，即原主河槽部位，两侧为电站坝段和非溢流坝段。
水电站厂房位于两侧电站坝段之后。
永久通航建筑物均布置于左岸。
大坝大坝即拦河大坝为混凝土重力坝，坝轴线全长2309.47米，坝顶高程185米，最大坝高181米。
设有23个泄洪深孔，底高程90米，深孔尺寸为7×9米，其主要作用是泄洪。
电站坝段位于大坝两侧，设有电站进水口。
枢纽最大泄洪能力可达102500立方米／秒。
水电站水电站采用坝后式布置方案，共设有左、右两组厂房。
共安装26台水轮发电机组，机组单机额定容量70万千瓦。
通航建筑物通航建筑物包括永久船闸和升船机。
永久船闸为双线五级连续梯级船闸。
单级闸室有效尺寸为280×34×5米，可通过万吨级船队。
升船机为单线一级垂直提升式，一次可通过一条3000吨的客货轮。
承船厢运行时总重量为11800吨，采用全平衡钢丝绳卷扬方式提升，总提升力为6000牛顿。
-水淹范围
三峡工程正常蓄水至175米时，三峡大坝前会形成一个世界上最大的水库淹没区―――三峡库区。
三峡水库将淹没陆地面积632平方公里，淹没城市2座、县城11座、集镇116个，涉及到湖北省夷陵区、秭归县、兴山县、巴东县和重庆市主城区及所辖的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、万州区、石柱县、忠县、开县、丰都区、涪陵区、武隆县、长寿县、渝北区、巴南区、江津市等。
其中秭归、兴山、巴东、巫山、奉节等9座县城和55个集镇全部淹没或基本淹没。
第二、系统的最优化方法；
系统的最优化方法是在整体性方法的基础上形成的最有特色的系统方法。
最优化方法是系统方法的目的，因为一个系统可以实现的路径是多种多样的，其中必有一个路径它的实现使系统达到最佳的效果，使系统达到最佳的功能。
实例：
自然界动植物进化的最优化；北京奥运会的主体育场鸟巢、姚明、东方明珠塔、法国新卢浮宫美术馆等；血型、性格与职业的关系；
第三、系统的模型化方法。
模型化方法是实现系统方法的路径。
如上海世博会、现代战争的沙盘等；
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