系统科学、系统工程和体系的发展

系统科学与系统工程学科发展研究报告2009~2010（简本）2010年04月03日一、引言钱学森提出的系统学和开放的复杂巨系统的方法论、系统科学和系统工程在中国航天系统工程的实践中提炼成航天系统工程理论，20世纪80年代初期系统工程学会提出把系统科学和系统工程运用到国民经济建设总体设计部的概念、将系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设、从社会形态和开放复杂巨系统的高度论述社会系统。

对系统科学与系统工程学科近两年来国内外科学前沿发展情况进行跟踪、回顾和总结，科学评价近年来系统科学与系统工程学科的理论新进展、新成果、新视点，系统工程学科的新方法、新技术等，体现学科发展研究的前沿性，对系统科学与系统工程学科发展具有重要促进作用。

本节根据系统科学与系统工程学科发展现状、动态、趋势，以及国际比较、战略需求、国内学科建设，展望系统科学与系统工程学科的发展前景，提出系统科学与系统工程学科发展的对策和建议，体现学科发展研究的前瞻性。

二、近年来本学科国内外发展状况钱学森认为：系统科学的建立是一次科学革命，它的重要性不亚于相对论和量子力学。

“从现代科学技术发展趋势来看系统科学主要是宏观层次研究上的科学革命”，在这个层次上出现了生命或生物，产生了人类和人类社会；“复杂巨系统的研究以及国外的复杂性研究都是着眼于这个层次上的” 。

三十多年来，系统工程与系统科学在中国得到较快发展，形成了自身学科体系与特色，建立了相应的学术机构和学科建制。

近几年系统工程与系统科学学科的研究主要从系统工程的工程技术、系统工程的理论方法(技术科学)、系统的基础理论三个层次上展开。

系统科学与自然科学、社会科学等不同，它是把这些科学领域研究的问题联系起来作为系统进行综合性整体研究。

系统科学具有交叉性、综合性、整体性和横断性，正是这些特点使系统科学处在现代科学技术发展的综合性、整体化方向上。

系统科学主要研究系统的一般属性和运动规律，研究系统演化、转化、协同与控制的一般规律以及系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的关系、有序和无序状态的形成规律等。

1.课程简介:《管理系统工程》是以系统思想为中心的一类新型科学群。

它包括系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同学以及运筹学、系统工程、管理技术等。

该课程有三个特点:(1)研究对象广泛;(2)是一门跨学科的应用学科;(3)在处理复杂的大系统时，常采用定性分析和定量计算相结合的方法。

2.教学目的:该课程在系统论、控制论、信息论思想指导下，以大型复杂系统为研究对象,通过对管理系统工程基本知识的介绍，使学生对管理系统工程的性质、任务、作用有一个初步的认识,了解系统管理的思想，能够运用系统的思维方式分析问题，掌握系统工程的基本方法和技巧,运用所学知识、观点、和方法解决实际问题，从整体观念出发探求管理活动的最优计划、最优组织、最优方案和最优控制,使管理系统发挥出整体优化功能，以获得最佳经济效益和社会效益。

第一章系统科学的形成及体系结构第一节系统科学的产生和发展系统科学( System Science )作为一门科学有它产生、发展、形成的过程，而且由于系统科学是一门横断科学,它既涉及自然科学、工程技术等领域，也与社会科学的很多学科有紧密联系,因此系统科学发展的历史与整个人类发展历史是紧密相连。

从总体上看来,系统科学的发展大体上经历了三个阶段，即系统思想产生和形成; 定量的系统科学方法的建立;综合的系统科学体系构建三个阶段。

一、系统科学产生的历史背景(系统思想产生和形成) (一)客观世界是一个多层次、多因素、多过程的大系统 从结构上看----多层次 从内容上看-----多因素 从时间上看-----多过程 特点:相对独立，互相关联。

(二)大规模改造世界的斗争使人们逐渐认识到必须从系统的角度考虑和处理问题 1中国古代朴素的系统思想及应用(1)阴阳八卦说《易》有太极，是生两仪,两仪生四象,四象生八卦。

太极:天地万物产生的本原两仪:阴:消极、退守、柔弱、地、秋、月、夜、女、黑、冷、降阳:积极、进取、刚强、天、春、日、昼、男、白、 热、.....四象:春夏秋冬、东西南北、阴阳刚柔、金木水火..八卦:乾、坤、震、巽(xun)、坎、离、艮(gen)、兑天、地、雷、风、 水、 火、山、 泽实质:a 强调观物取象，不是孤立地看待各种现象; 系统工程b.强调万物交感;C.将阴阳作为事物变化根据的基本范畴，是对自然界变化中不同系统力量或功能的概括。

1．系统科学的发展历程三大发现是其基础。

定量化的发展：微分方程、统计力学；混沌、分形、元胞自动机、网络计算机的出现系统思维的影响：整体论与还原论跨学科研究工程与管理需求的促进：系统工程、运筹学系统科学的发展经历了三次浪潮系统科学的形成和发展(20世纪40年代-60年代)自组织理论的建立(20世纪70年代-80年代)复杂系统的兴起(20世纪80年代-现在)系统科学的形成和发展(老三论) 一般系统论控制论(cybernetics)信息学自组织理论的建立(新三论) 1 耗散结构理论协同学耗散：自组织的外部与内部条件协同：机制与内在动力超循环：进化的形式。

突变论：分形与混沌3 超循环理论4 突变论5 一般自组织理论的发展与应用五、复杂系统科学的兴起1 非线性科学自组织：系统在远离平衡态也可以稳定混沌：确定性系统有其内在的随机性突现：随机性系统有其内在的确定性2 复杂性研究3 系统科学在管理科学的进展混沌；进化；遗传算法；元胞自动机。

4 复杂系统科学研究的流派5 管理中的复杂科学突现与层次、信息与控制、进化与自组织、综合与分析、功能与黑箱、模型与隐喻6 系统科学应掌握的基础知识微分方程和形式逻辑不确定条件下的决策综合集成整体优化计算智能：神经网络、模糊非线性科学数理逻辑计算机模拟：人工生命、竞合、大群模拟工具3.系统科学方法论还原论与整体论相结合定性描述与定量描述相结合确定性描述与非确定性描述相结合整体描述与部分描述相结合分析与综合相结合2 系统方法论的特点整体性综合型定量化信息化以人为主的人—机方式整体性该方法论要求人们始终把研究对象作为一个整体来看待，这一整体的性质与规律只存在于既定环境下各组成要素间的相互联系、相互依赖、相互制约和相互作用之中。

而各组成部分孤立的特征的总和并不能反映整体的特征。

整体是由部分构成的，是相对于部分而存在的。

一个整体相对于另一个更大的整体，则是部分，若干相互关联的部分就构成了整体。

作者： 于景元[1,2,3,4,5]
作者机构： [1]中国系统工程学会;[2]中国社会经济系统分析研究会;[3]中国软科学研究会;
[4]国家软科学研究指导委员会;[5]国家人口和计划生育委员会人口专家委员会
出版物刊名： 科学决策
页码： 1-18页
年卷期： 2017年 第12期
主题词： 系统工程 系统科学 应用 第二次全体会议 融合发展 系统思维 系统方法 中央领导
摘要：今年9月22日，习近平总书记主持召开中央军民融合发展委员会第二次全体会议，在讲话中指出：“推动军民融合发展是一个系统工程，要善于运用系统科学、系统思维、系统方法研究解决问题……”。

可见中央领导在治国理念中非常重视系统科学、系统思维、系统方法。

为了便于大家全面、深入了解系统科学、系统工程的系统脉络和发展历程，本刊特别邀请系统科学家于景元先生撰写《系统科学和系统工程的发展与应用》文章，以期能引起社会各界的进一步思考。

系统科学系统科学即以系统思想为中心、综合多门学科的内容而形成的一个新的综合性科学门类。

系统科学按其发展和现状，可分为狭义和广义两种。

狭义的系统科学一般是指贝塔朗菲左其著作《一般系统论：基础、发展和应用》中所提出的将"系统"的科学、数学系统论、系统技术、系统哲学三个方面归纳而成的学科体系。

广义的系统科学包括系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同学、突变论、运筹学、模糊数学、物元分析、泛系方法论、系统动力学、灰色系统论、系统工程学、计算机科学、人工智能学、知识工程学、传播学等一大批学科在内，是20世纪中叶以来发展最快的一大门综合性科学。

近年兴起的相似论、现代概率论、超熵论、奇异吸引学及混沌理论、紊乱学、模糊逻辑学等，也将进入广义系统科学并成为其重要内容。

系统科学将众多独立形成、自成理论的新兴学科综合统一起来，具有严密的理论体系，它已为内外许多学者所关注和研究。

20世纪60年代，美国将《系统工程》杂志改为《系统科学》。

中国在技术领域的杂志则有《系统科学与教学》、《系统工程的理论和实践》、《系统工程学报》、《系统工程》等。

许多学者提出了关于系统科学结构的许多见解。

其中一种见解种认为，系统科学包括五个方面的内容：即系统概念、一般系统论、系统理论分析论、系统方法论和系统方法的应用。

另一种见解认为系统科学是研究系统的类型、一般性质和运动规律的科学。

这一科学体系包括系统学、系统方法学和系统工程学三部分。

关于系统科学的内容和结构最详尽的框架，是我国著名科学家钱学森提出来的。

他认为系统科学与自然科学和社会科学处于同等地位。

他把系统科学的体系结构分为四个层次：第一层次是系统工程、自动化技术、通信技术等，这是直接改造自然界的工程技术层次；第二层有运筹学、系统理论、控制论、信息论等，是系统工程的直接理论，属技术科学层次；第三层次是系统学，它是系统科学的基本理论；最高一层将是系统观，这是系统的哲学和方法论的观点，是系统科学通向马克思主义哲学的桥梁和中介。

系统科学各研究领域现状及最新发展Science_北京不惧过往，不畏将来！8⼩时前体系⼯程钱学森先⽣致⼒于系统学的建⽴，他认为系统学的重要性不亚于量⼦⼒学和相对论。

因此众多有影响⼒的科学家都热衷于研究系统学。

回顾刚刚过去的20世纪，这是科学取得重⼤突破的⼀个世纪。

从⼤尺度来分析，在科学认识中最基本的⼀个问题就是当今社会赖以⽣存的宇宙的开源问题。

在过去的100年，⼈们对宇宙有了深刻的认识。

2013年，科学家把宇宙起源的时间精度精确到了⼩数点后⼏亿年，宇宙起源于138.2亿年前的⼀次⼤爆炸。

霍⾦认为最初的宇宙像花⽣⽶，后来他写了⼀本书，名字叫《果壳中的宇宙》，来讲述宇宙演化历史。

在宇宙⼤爆炸理论以后，2014年，我们⼜发现了证明宇宙暴涨理论的实验依据。

在宇宙⼤爆炸以后，在10-35秒之前，有⼀个暴涨过程，这个暴涨过程形成了宇宙⼤尺度的结构性质。

但在⼤爆炸的10-43秒之前，科学界不知道到底发⽣了什么事。

因为那个时候，理论知识储备不⾜，就像在⿊洞问题的认知上⼀样，任何的科学认识都难以完全解释。

实际上科学界对宇宙演化已经有了⾮常深刻的认识，在这⼀领域内，引⼒波这两年的进展是⾮常重要的，这个理论最早在1959年提出，但⼀直没有找到实验证据，直到2016年在实验上获得了确凿的实验证据，最终在2017年获得诺贝尔奖。

I think the next century will be the century of complexity.Stephen HawkingJanuary 23, 2000译：我认为，下个世纪将是复杂性的世纪。

史蒂芬·霍⾦系统学的建⽴，实际上是⼀次科学⾰命，它的重要性绝不亚于相对论或者量⼦⼒学。

钱学森1986.01.07图1 宇宙⼤爆炸和引⼒波的发现在⼩尺度层⾯分析，过去的100年，科学界在物质结构这⼀层⾯的认识和研究也有了很⼤的突破。

⽬前科学界除了暗物质未知外，宇宙中所有物质均是由这12种基本粒⼦构成的，包括6种轻⼦和6种夸克。

系统工程发展前景系统工程发展前景1 系统工程综述1．1 系统工程起源是20世纪20年代美国贝尔实验室在建造美国全国电话网络中首先提出。

系统工程的雏形形成于40年代，在50年代到60年代。

系统工程迎来了其发展的高-潮。

电子计算机的出现和应用，则为系统工程提供了强有力的运算工具和信息处理手段，成为实施系统工程的重要物质基础。

系统工程可以说是工程活动的总结，是为构建系统的所有工程活动的支持。

系统工程标准源自于系统工程实践，是系统工程实践经验的总结。

1．2 系统工程定义化工系统工程或称过程系统工程，是在系统工程、化学工程、信息技术、控制技术、计算数学等学科的基础上产生并发展起来的一门综合性学科。

系统工程是组织管理的技术，把极其复杂的研制对象称为系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。

系统工程则是组织管理这种系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。

2 系统工程发展I及在化工生产中应用浅析2．1 系统工程发展现状纵观俄-国、美国、及欧洲其他先进国家．可将各类系统工程技术的发展现状总结为以下三点：（1）系统工程标准体系日益完善。

NASA已建芷了规范性的航天器设计指南和技术标准体系。

新近，NASA又启动了一项技术标准计划，将通过吸收非政府标准，开发新标准和共享国家和国际标准来进一步完善系统工程标准体系：欧洲空间标准化合作组织(ECSS)在ISO、NASA、ESA／PSS及各航天公司的标准基础上，形成了系统、全面和不断更新的系统工程标准体系，使航天器系统工程实施均可以找到完备的技术依据和活动程序参照。

(2)系统工程支持能力日益提高。

NASA、ESA等机构都开发和采用了航天器系统设计与仿真平台，并组建了协同设计机构，为各类复杂、大型任务的系统级设计分析仿真形成了较全面的支持。

例如，由NASA开发的先进系统工程环境系统和飞行器仿真系统等技术的大量应用，较好地实现了对系统工程的支撑能力。

系统工程的发展1.系统的含义及古代朴素系统工程理论“系统”（system）一词最早出现在古希腊语中，是一种“共同”和“给以位置”的意思。

在《现代汉语词典中》系统有两个意思，一是“同类事物按一定关系组成的整体”二是“有条理的”。

目前在科学领域中，系统被赋予了更加丰富的含义，例如以下五种说法：(a)有的吆喝杯化的全体。

(b)结合着的全体所赖以形成的诸概念和诸原理的复合体。

(c)以规则的相互作用又相互依存的形式结合着的对象的集合。

(d)多数构成要素保持有机的秩序，向同一目的行动者。

(e)系统是为按计划完成特定目标而实际的结构因素安排序列。

可以说，系统是一个集合的概念。

而系统工程学科就是建立在系统的基础上发展起来的。

古代的时候由于人们缺乏观测和实验手段，科学技术理论也是很贫乏，所以对外界许多事物只能看到一些轮廓和表面現象，而由此从整体出发总结出一些规律。

比如说中国古代便有道家的混沌之说，“混沌生两仪，两仪生四向，四向生八卦，八卦生万物”，我国著名的古书《周易》就是以这种将万物归结到两仪八卦的理论来解释现实中的一些现象，实际上来说，这就是一种朴素的系统工程理论。

还有中国古代的五行“金、木、水、火、土”五行相生相克的理论。

东汉时期的张衡的“浑天说”。

同样的还有西方的“空气、土、火、水”四元素理论。

无论是国内抑或是外国的人们在分析问题的时候不知不觉就用上了系统的分析方法。

总的来说，这些学说虽然目前还无法找到确切的科学依据，但他们与生活实际保持直接联系和一定的理性因素，他们虽然没有深入的向抽象、分析、推理的纯思维方向进行，也没有向观察、归纳、实验等等纯经验方向发展。

但他们充分的发掘事物与事物之间的横向相互关系没，同时联系整体进行开拓，由功能发展到结构，按功能的接近或类似，把许多不同的事物安排在一个系统形式同，并从中抽出一定规律来尽量理性的把握所有事物。

应该就是在当时科学发展条件下的一种系统工程理论的雏形。

2.现代系统工程的含义及其产生与发展现代的系统工程理论涉及很广，通常上是以研究复杂的系统为对象，至今还没有统一的定义。

系统科学导论系统科学导论系统科学，是一门综合性较强，结合了自然科学、社会科学、工程技术中各种知识的科学。

它是一个研究处理复杂问题的方法和工具的学科，旨在揭示事物之间的内在联系和本质规律。

在今天的信息时代中，无论是自然界中发生的复杂问题，还是日益增长的社会问题，都需要系统科学的方法和工具来解决。

一、系统科学的基本概念系统科学是研究各类系统的属性、结构、行为规律以及系统的管理与控制方法等方面的科学。

系统科学的诞生主要是从20世纪50年代开始，这是科学技术高速发展的时期，各个学科之间的关系也日益密切，而很多科学家也意识到了系统的重要性。

它的目的是使我们能够更好地理解和处理真实世界中的复杂现象，从而为人们实现自主控制、更好地解决生活、生产、环境等方面的问题提供科学方法和手段。

简单来说，系统科学是一门研究系统的科学，涉及系统的本质结构、性质、演化规律、控制等方面。

二、系统科学的发展历程系统科学的发展和成熟经历了三个阶段。

第一阶段是20世纪50年代初至60年代中期，这一时期，系统科学处于初期发展阶段，主要是由人工智能、控制论和运筹学发展而来。

第二阶段是60年代到70年代中期。

在这一时期，系统科学开始了大力的发展，这个时期系统工程学、计算机科学等学科都得到了很大的发展，研究人员创立了很多针对不同的具体问题而具有广泛应用价值方法和理论，如系统仿真、系统决策、系统思维等。

第三阶段是80年代至今，这一时期，系统科学的发展不仅延续了前两个阶段的发展趋势，而且更加广泛地开展了研究，涉及领域更加丰富、系统的层次更加复杂。

同时，随着信息技术、网络技术的迅速发展，智能化系统和虚拟系统在工业制造、农林资源与环境保护等领域得到广泛应用。

三、系统科学的研究方法系统科学主要的研究方法有系统分析、系统综合、系统模拟和系统评估。

这些方法是系统科学分析问题的工具和手段。

系统分析：系统分析是研究系统本质、结构和属性等方面的方法。

通过对问题的分解、勾勒、分类和建立模型，来分析系统之间的关系、过程和变化，从而发现其中的规律性和相互关联性。