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《大系统观》 1系统的诞生 2 系统论概述

 东方文捷 2018-06-28

            1、系统的诞生

 
1.1从混沌到有序
 

​  从混沌到有序,就是系统创立和完善的过程。

1.2有序之美
​​

​  有序就是“规矩、整齐、有条理、能分辨,关键是有用”

我们为什么喜欢有序?

有序使选择成为可能:我们能区分好坏,并选好的。

有序使操作成为可能:功能都是由操作最终实现的。

有序使管理成为可能:管理提升了系统的效率。

有序带来了希望


​  有序才有用。最有序不等于最有用

​  有序的极限就是二元结构
,非此即彼,绝不会混淆。

1.3无序就是熵增
​ 无序其实就是:“无规矩、不整齐、无条理、不能分辨”。一个字,  “”。再透彻点,就是“没用!”。
​ 熵增原理 
总体上,这个世界越来越乱,越来越无序,而且没法恢复。无序的程度就叫“熵”。熵随时间一直在增长。

这个物理过程是单向的、不可逆的

​  热力学第二定律,也就是热力学的“熵增原理”,

在系统论当中,“熵”表示“无序的程度”。

1.4时间之矢
​ 熵增,不可逆,宇宙随时间趋于更无序。

时间在增长,熵也在增长。

熵增的方向就是时间流动的方向!

熵就是“时间之矢”!

爱因斯坦说:“物理定律没有时间性。对我们这些坚信物理学的人来说,过去、现在和未来之间的区别,尽管老缠着我们,不过是一个幻觉而已。”

爱因斯坦认为,我们不可能穿越回到过去。

1.5不屈服的人类

时间之矢永不停息,它将射落一切,让世界重回无序,让万物重归虚无。

熵增,是总体的,是不可逆的。

熵减,是局部的,是干不过总体的。

但是,全人类觉醒吧!

是人类,就得去战斗!

1.6统一和有序矛盾么?

有序:使系统存在,有功能,有作用。 

​  
比如新鲜鸡蛋更有序(蛋清和蛋黄),臭鸡蛋更无序。

  系统观就是整体观。

统一是更高一级的有序。

这就是整合和集成的系统论依据。

其实,有序和无序,是一对矛盾,是互相转化的。

统一是为了在有序和无序之间取得平衡。

统一的目的就是使内部子系统和元素标准化、专业化,达到有序和有用的最优化状态。然而过度统一就会勒死子系统。

  看似无序的世界,其实是有序的千万次叠加。

 

本章要点

(1)   系统诞生于混沌。

(2)   有序才有用,但最有序不等于最有用。

(3)   有序之美,就是上帝的数字 —— 7

(4)   熵增是整体的、绝对的,熵减是局部的、相对的。

(5)   保持自身和世界有序,是人类的使命。

(6)   统一是更高一级的有序。

(7)   有序和无序是相互转化的。

(8)   看似无序的世界,其实是有序的千万次叠加。


​​           2 系统论概述

2.1上帝的3件法宝

(1) 工具:系统  

人类本身也是上帝创造的一种系统,我们努力些,世界就可能熵减一些,或者熵增的慢些。

​​系统,是对抗熵增的机器!

(2) 材料:信息

制造熵减的机器 —— 系统,以及让这台机器正常运转所需要的原材料有两种:一种是质能,一种是信息。

​  质能,就是物质和能量。科学已经证实:物质和能量是一回事,而且在人类周边普遍存在。

信息,告诉机器如何运行,告诉人类怎样工作才能熵减,才能有序。其实,有序和无序的状态,本身就是信息。

信息本质上是一种“确定性”。你炒股票,得到信息越多,确定性越大,赢的可能性也越大。当然,也有伪信息捣乱。

信息就是负熵。

系统使用信息制造或恢复有序,就是熵减。

(3) 方法:组织+自组织

  系统的形成,要么是组织力作用的结果,要么是自组织力作用的结果。

改造世界的方法:组织+自组织。

2.2老三论与新三论

  第一批来到人间的大师和理论是:

  贝塔朗菲,《一般系统论》,1937

  维纳,《控制论》,1948

  香农,《信息论》,1948

  他们的理论被称为“老三论”,奠定了系统论的基础。

  普利高津,《从混沌到有序》(耗散结构理论),1969

  哈肯,《协同学》,1973

  托姆,《突变论》,1972

这三项理论被我们称为“新三论”,发展了已有的系统理论,将系统论推向了新的高度。近半个世纪又过去了,后人没有新进步,到目前系统论仍无太大新进展,钱学森老先生生前挂念的系统学仍未全面建立。 

2.3系统科学体系

系统科学,向下,延伸到具体的事物,如系统工程、具体项目;向上,直通哲学殿堂,追问世界的本源和发展方向,通过探讨系统科学的哲学问题,形成了系统哲学。

(1)系统

  贝塔朗菲

一般系统论创始人贝塔朗菲的定义:

“系统是相互联系相互作用的诸元素的综合体”。

这个定义强调元素间的相互作用,以及系统对元素的整合作用。

定义如果对象集S满足下列两个条件:

a)   S中至少包含两个不同元素;

b)   S中的元素按一定方式相互联系。

则称S为一个系统,S的元素为系统的组分。

这个定义指出了系统的三个特性:

多元性 —— 系统是多样性的统一、差异性的统一;

相关性 —— 系统不存在孤立元素组分,所有元素或组分间相互依存、相互作用、相互制约;

整体性 —— 系统是所有元素构成的复合统一整体。

  钱学森

系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的,具有特定功能的有机整体,而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。

1)   系统有边界。机器有外壳,没外壳也得有界限,没边界就不存在了。

2)   系统有内部结构。机器有零件,零件数目有限。因为机器有结构所以有功能,所以才有用。

3)   系统有输入输出。机器需要输入质能和信息,再输出质能和信息。比如钟表,输出的主要是时间。还有输入么?有啊!输入质能是你给它上的发条上的能量,还有磨损掉物质。输出的也不仅是时间,还有金属碎屑和摩擦产生的热量等。

4)        系统有寿命。机器早晚要坏掉的。系统从诞生就开始挣扎在通往坟墓的道路上!

5)   系统要发展。系统都不想死。要么是自己不想死,要么是它的主人不想让它死。不但不想死,它还想活得更好。新汽车要磨合到最佳状态,要通过保养尽量保持最佳状态。不是车自己去的,也是你开着它去的。而它的主人,更不想死了。某些人除外。

(2)系统学

系统学是系统科学体系的核心学科,然而,到目前为止,学者们说,完整的系统学还没有建立!

作为一门完整的学科,系统学正处在形成和更加系统化的过程之中。钱学森用毕生精力倡导建立系统科学的基础科学 —— 系统学,可是钱老没看到它的全貌就走了。

  系统学以系统论为前导和基础,但并不等同于系统论。 

  ​系统学是更高层次上的理论科学,是对运筹学、信息论、控制论等技术科学的提炼。同时,系统学就有明显的综合性,不仅建立在贝塔朗菲的一般系统论的基础之上,也广泛地吸收了如耗散结构理论、协同学、突变论、超循环理论等新兴的系统理论的基本思想。

​  系统学的任务包括是两个方面:

  认识系统规律;

  控制系统。

第一个方面研究系统结构、子系统协同,以及系统功能在系统环境作用下的演化规律。

第二个方面则是主要是控制论的内容。认知是为了实践。认识系统也是为了更好地控制系统。完成上帝交给咱的任务。

(3)系统工程

世界很复杂,干一件事情要考虑很多因素,而往往我们又无从下手,没有头绪。 

可是人类野心越来越大,要干的事越来越大。好在人类掌握了系统论,会弄系统工程了。

简单地说,系统工程就是以实现系统最优化为目标的管理工程技术。

系统工程这个术语于1957年正式定名,后来很快就形成较为完整的体系,因为它是一门集成的技术学科,已经存在学科为它奠定了坚实的基础。可以说,在系统科学体系中,系统工程这个部件是最完整、最丰富、最有价值的,是人类改造世界最有利的工具和手段。没有它,古代不会有长城,不会有都江堰,今天卫星不能上天,互联网不能发明。

 

系统工程是一门集成的管理工程技术,涵盖很多学科:

  应用数学 —— 如最优化方法、概率论、网络理论等

  基础理论 —— 如新老三论以及超循环论、可靠性理论等新理论

  系统技术 —— 如系统模拟、通信系统等

  经济学

  管理学

  社会学

  心理学

  ……

再简单点说,系统工程就是用系统的理论、方法和技术建设工程。

两个例子最能形象说明什么是系统工程。

曼哈顿工程:系统工程管理的最佳案例

美国于1942年开始实施研制原子弹计划,代号曼哈顿工程。

他们集中了当时西方国家最优秀的核科学家,横跨美英加三国30多个城市,动员了13万人参加这一工程,历时3年,耗资20亿美元,于1945716日成功地进行了世界上第一次核爆炸,并按计划制造出两颗实用的原子弹。

整个工程取得圆满成功。在工程执行过程中,负责人L.R.格罗夫斯和R.奥本海默应用了系统工程的思路和方法,大大缩短了工程所耗时间。这一工程的成功促进了第二次世界大战后系统工程的发展。

都江堰:系统动力学的最佳系统工程案

​  
都江堰是战国时期秦国蜀郡太守李冰主持修建的一座大型水利工程,通过“鱼嘴”分水,“飞沙堰”泄洪排沙,“宝瓶口”引水灌溉,三个部分协调运行,铸就人类治水丰碑,经历
2200多年,仍在发挥巨大作用,是系统工程实践的经典。

(4)技术科学

技术科学就是直接应用于物质生产中的技术、工艺性质的科学,是研究指导生产的基本理论学科,是直接代表着生产力发展水平的科学技术。

技术科学以基础学科为指导,以技术客体为认识目标,研究和考察各个技术门类的特殊规律,建立技术理论,应用于工程技术客体。它将科学转化为技术,又将技术知识提高到理论成为科学。

 

技术科学通常与自然科学、社会科学、哲学、数学并列,被认为科学的五大基本部类之一。其学科内容包括工程力学、应用化学、应用数学、计算数学、工程地质学等。

 

“科学技术就是生产力”,其实基本上等于“技术科学就是生产力”。

(5)系统哲学

从概念上来看,系统哲学,基本上等同于系统论。

系统论是系统科学通向哲学的桥梁,它属于哲学范畴。

一般系统论创始人贝塔朗菲认为,系统作为新的科学范畴所引起的世界观方面的变化,就是系统哲学所要探讨的问题。一般系统论的思想源泉是唯物辩证法,它的许多基本观点与唯物辩证法是一致的。

系统哲学主要研究系统本体论和系统认识论等问题。系统哲学在哲学上的地位和作用是现代哲学界争论的焦点之一。

正式使用“系统哲学”这个术语的是中国学者乌杰,他在其1988年出版的著作《系统辩证论》中,将“系统辩证论”提升为“系统哲学”。

系统科学可以说是与哲学最接近、最有共同作用域、最容易相互联系的学科。研究系统科学的人会比较容易、比较自然地上升到哲学层面,这是因为系统科学十分复杂,切实需要哲学指导。

系统观,大系统观,都是哲学层面的东西。

 哲学有很多种,但有一种是系统的。

(6)钱学森的系统科学体系 说明: 钱学森系统科学体系.jpg

钱学森的系统科学体系可分为4个层次:

1)工程技术层

是指直接用于改造客观世界而处在工程技术层次上的是系统工程。系统工程是组织管理系统的技术,因系统类型不同而有各类系统工程,如工程系统工程、经济系统工程、社会系统工程等,这些工程都是以实践为重点可落地的具体工作,常常以项目的形式存在。

2)技术科学层

直接为系统工程提供理论基础而处于技术科学层次上的有控制论(如工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论等)、运筹学和信息论,还涉及其他众多理论。

3)系统科学层

以系统学为核心。揭示系统普遍性质和一般规律而处在基础科学层次上的是系统学,这是一门正在建立的新学科。新老三论的基本内容,以及后来发展的各种相关理论也是系统科学的重要组成部分。

4)系统观层

系统观,或称为系统论,是科学通向哲学的桥梁。是系统哲学的范畴。

钱老对系统科学体系和现代科学技术发展所做出的巨大贡献,是中华民族,也是全人类的宝贵知识财富和思想财富。

2.4系统无处不在

系统论将宇宙中的一切都视为系统与系统的集合,如果还有不是系统的东西,那它也不能在现实中存在。

系统论认为,世界的复杂性就在于系统的复杂性,研究世界的任何部分,就是研究相应的系统与环境的关系。它将研究和处理对象作为一个系统即整体来对待。在研究过程中注意掌握对象的整体性、关联性、等级结构性、动态、平衡性及时序性等基本特征。

系统论不仅是反映客观规律的科学理论,也是科学研究思想方法的理论。系统论的任务,不只是认识系统的特点和规律,反映系统的层次、结构、演化,更主要的是调整系统结构、协调各要素关系,使系统达到优化的目的。

系统论的基本思想、基本理论及特点,反映了现代科学整体化和综合化的发展趋势,为解决现代社会中政治、经济、科学、文化和军事等各种复杂问题提供了方法论基础。

系统科学的发展和成熟,对人类的思维观念和思想方法产生了根本性的影响,使之发生了根本性的变革。系统科学的理论和方法已经广泛地渗透到自然科学和社会科学的各个领域。

系统论指导着我们对世界的认识和实践。

本章要点

(1)   上帝的3件法宝:系统、信息、组织+自组织。

(2)   信息是负熵。系统使用信息制造或恢复有序,就是熵减。

(3)   老三论:系统论、控制论和信息论;新三论:耗散结构论、协同论、突变论。

(4)   系统是相互联系相互作用的诸元素的综合体。

(5)   系统学是系统科学体系的核心学科,尚未完全建立。

(6)   系统工程就是以实现系统最优化为目标的管理工程技术。

(7)   哲学有很多种,有一种是系统的。

(8)   钱学森的系统科学体系是对系统科学的重大贡献。









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