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第一章系统工程概述

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系统工程第一章概述

系统工程第一章概述

复杂巨系统是指组成系统的子系统数量很多，具有层次结构，它们 之间的关系又极其复杂的系统，如生物体系统、人脑系统、社会 系统等。这些系统又都是开放的，所以也称为开放的复杂巨系统。 目前，研究、处理开放复杂巨系统的方法尚在探讨中。
第1.2节 系统工程
什么是系统工程？
系统工程是一门正处于发展阶段的新兴学科，并与其 他学科相互渗透、相互影响，但不同专业领域的人对 其理解不尽相同，因此，要给出一个统一的定义比较 困难。 一般认为用定量和定性相结合的系统思想和系统方法处 理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建 立，还是系统的经营管理，都可以看成是一种工程实 践，都可以统称为系统工程。
“一些在相互关联与联系之下的要素组成的集合， 形成了一定的整体性、统一性。” 《中国大百科全书· 自动控制与系统工程》：
“由相互制约、相互作用的一些部分组成的具有 某种功能的有机整体。”
第1.1节 关于系统
系统的本质：
形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，或者表现一定的
行为；
这些特性或行为是它的任何一个部分都不具备的； 由许多要素所构成的整体，但从系统功能来看，它又是一个不可
第1.1节 关于系统
3.动态系统和静态系统 动态系统就是系统的状态变量随时间变化的系统，即系统的状态 变量是时间的函数。
静态系统则是表征系统运行规律的数学模型中不含有时间因素， 即模型中的变量不随时间变化，它是动态系统的一种极限状态， 即处于稳定的系统。
例如一个化工生产系统是一种连续生产过程，系统中的参数是随着时间变化而变化的 动态系统。大多数系统都是动态系统。但是，由于动态系统中各种参数之间的相互 关系是非常复杂的，要找出其中的规律性非常困难。有时为了简化起见而假设系统

系统工程学

系统工程学

第四章 网络计划技术：网络计划技术是系
统管理的重要工具之一，是系统工程常 用的管理技术。它是利用网络图对计划 任务的进度、费用及其组成部分之间的 相互关系进行计划、检查和控制，以使 系统协调运转的科学方法。通过本章学 习，同学们能够了解了解网络计划技术知识
及其应用领域 ，掌握CPM，PERT，GERP的工 程实际应用。
资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保 障、应急管理等） 管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题 落实科学发展观 社会信息化变革 重大投资和大型项目管理 思维科学和生命科学
二、系统工程研究对象
（一）SE的研究对象是大规模复杂系统 该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目
标多样、一般为人机系统、经济性突出等。 （二）系统的概念
（三）系统的分类
自然系统与人造系统 实体系统与概念系统 动态系统与静态系统 封闭系统与开放系统
主要明确SE研究什么样的系统 问题？
三、SE的内容与特点 所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大
规模复杂系统所需思想、程序、方法的综合 （或总称）。
SE强调以下基本观点： 1）整体性和系统化观点（前提） 2）总体最优或平衡协调观点（目的） 3）多种方法综合运用的观点（手段） 4）问题导向及反馈控制观点（保障）
《系统工程学》是工业工程专业以及管 理工程专业的基础课程之一。它的任务 是通过对本课程的学习，使学生熟悉系 统及系统工程的概念和内涵，了解国内 外系统工程的发展现状和趋势，掌握系 统工程的预测技术、分析方法、设计理 论、模型与仿真、决策分析，并引导学 生将系统工程的观点、思想、方法和原 理具体应用到工程机械的制造、规划和 管理以及路桥机械化施工等工程实践中。
逻辑 步骤 工作 活动 时间 项目

西安交大系统工程课件1

西安交大系统工程课件1

阶段
年代（份） 1930
重大工程实践或事 重要理论与方法贡献 件 美国发展与研究广 正式提出系统方法（Systems 播电视 approach）的概念 美国实施彩电开发 采用系统方法，并取得巨大成 计划 功 美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems 开发微波通讯系统 Engineering）一词 英、美等国的反空 产生军事运筹学（Military 袭等军事行动 Operations Research）,也即 军事系统工程
I 1940
II
第二次世界 大战期间
本世纪40年 代 II 1945 40年代后期 到50年代初 期
美国研制原子弹的 运用SE，并推动了其发展（1万 “曼哈顿计划” 5千人，运用系统工程的方法） 美国空军建立兰德 曾经提出系统分析（Systems （RAND）公司 analysis）概念，强调了其重 要性 运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、 电子计算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础

美国H.切斯纳
系统工程则是按照各个目标进行权衡， 全面求得最优解（或满意解）的方法，并 使各个组成部分能够最大限度地互相适应。
日本学者三浦武雄
跨学科，因为系统工程的目的是研究 系统，而系统不仅涉及到工程学的领域， 还涉及到社会、经济和政治等领域，为了 圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要 某些纵向的专门技术以外，还要由一种技 术从横向把他们组织起来，这种横向技术 就是系统工程。
(5) 交通运输系统工程 研究铁路、公路、航运、航空综合运 输规划及其发展战略，铁路运输规划， 铁路调度系统，公路运输规划，公路运 输调度系统，航运规划，航运调度系统， 空运规划，空运调度系统，综合运输规 划，综合运输优化模型，综合运输效益 分析。

系统工程第一章

系统工程第一章

5
2.1 系统的特征
（1）系统的整体性 反映要素之间的关系 （2）相关性 反映系统的功能，确 （3）系统的目的性 定系统和环境的边界 （4）有序性 反映了系统的结构形态 （5）环境适应性 明确了系统与环境之间的关系 （6）动态性
系统特性之间的关系？ 反映了系统的变化趋势
6
确定系统的组成要素
（1）整体性
33
正因果关系
若满足下列条件之一： （1）A加到B 中； （2）A是B的乘积因子； （3）A变到A±ΔA，有B变到B±ΔB，即A、B的变化方向 相同 则，A到B具有正因果关系，简称正关系，用
“＋”号标在因果链上。
34
负因果关系
若满足下列条件之一： （1）A从B 中减去； （2）1/A是B的乘积因子； （3）A变到A±ΔA，有B变到B-+ΔB，即A、B的变化方向 相反 则，A到B具有负因果关系，简称负关系，用
25
（3）系统边界划分注意的几个问题
系统的目的性 现有的技术、理论水平 问题解决的时效性
系统的表现程度
26
3、系统结构概念
系统结构是指系统的构成要素在时空连
续区上的排列组合方式和相互作用方式。 系统结构的普遍形式决定了系统的基本 特征。
目的性——作为构造系统结构的出发点 集合性 相关性 阶层性 整体性 环境适应性
8
2012-11-5
（2）相关性
系统中相互关联的部分或部件形成“部件 集”，“集”中各部分的特性和行为相互联系、 相互依赖、相互制约和相互作用,牵一发而动 全身。 故要求 S内各要素应根据整体目标，尽量避 免 “内耗 ”，设法提高 S整体运行效果。。

9
（3）目的性

《系统工程概述》PPT课件

《系统工程概述》PPT课件

柏 拉 图 的 宇 1.系统地发展了辩证法；
系、系统的结构
宙观
2.宇宙最初由两个三角形发展而来。
、系统的功能、
亚 里 斯 多 德 1.创造了形式逻辑，系统研究了思维规律； 系统的演化等方
的 三 段 论 和 2.提出了三段论和整体论；
面具有丰富而深
整体论
3.提出运行的天体是物质实体。
刻的研究成果。
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4
近 现 代 西 方 自 然 科 学 的 系 统 思 想
哥白尼的《 天体运行论 培根的《新 工具论》 笛卡尔的《 方法论》和 《解析几何 学》 马克思的系 统思想
反映系统思 想的其他科 学成果
1.对复杂的天体系统有深刻研究； 2.提出日心说。 1.对科学研究方法有独到研究； 2.提出定性—归纳推理的研究方法。 1.将几何学代数化，创立了解析几何； 2.提出了数学—演绎的研究方法； 3.提出了质量、时间、空间三个基本量纲； 4.提出“我思固我在”。 1.提出了辩证法和唯物主义； 2.提出了辩证法三个规律。 1.取得了人类历 史上 一系 列最 重大 的科 学发 明； 2.创立了物理学 、化 学、 生物 学等 自然 科学 及其分支；
1.将管理对象、 管理过程作为一 个整体进行研 究，促进了人们 对管理系统内组 成要素、要素之 间关系的认识； 2.将理论应用于 管理工程实践， 创造了人类奇 迹； 3.系统论及相关 理论直接出现。
精选课件ppt
6
整体思想和联系思想是科学系统思 想的核心与实质。
精选课件ppt
7
二、系统工程的理论的形成与发展
系统理论包括：
1、老三论（形成于二十世纪四十年代）：一般系统论、 控制论和信息论。 2、新三论（形成于二十世纪七十年代）：耗散结构理 论、协同论和突变论。

系统工程第一章

系统工程第一章

系统分析
系统实施
在实施完成后，对优化效果进行综合评估，包括生产 效率、资源利用率、产品质量等方面的指标，验证系
统工程方法的有效性和实用性。
系统评估
按照设计方案，逐步推进各项优化措施的实施，同时 加强过程监控和风险管理，确保实施过程的顺利进行。
总结经验教训，展望未来发展趋势
总结经验教训
通过本次案例的实施，深刻认识到系统工程方法在企业生产流程优化中的重要作 用，同时也意识到在实施过程中需要注重团队协作、数据驱动和持续改进等方面 。
随着科技的飞速发展，新的技术、方法和工具不断涌现，对系统工 程的理论和实践提出了更高的要求。
系统复杂性增加
现代系统工程的规模越来越大，涉及领域越来越多，系统复杂性呈 指数级增长，对系统工程师的综合素质和能力提出了严峻挑战。
全球化竞争压力
随着全球化的深入发展，系统工程领域的竞争日益激烈，对系统工程 师的创新能力和国际化视野提出了更高要求。
信息化技术发展趋
势
未来信息化技术将更加注重智能 化、网络化、服务化等方向的发 展，推动数字经济与实体经济的 深度融合。
信息化技术在系统建模中应用
01
系统建模概述
系统建模是指利用数学、计算机等工具对实际系统进行抽象和描述，构
建系统的模型，以便进行分析、设计和实施。
02 03
信息化技术在系统建模中的作用
模拟自然现象或生物行为的优 化算法，如神经网络、蚁群算
法等。
信息化技术在系统工
04
程中应用
信息化技术概述及发展趋势
信息化技术定义
利用计算机、通信、网络等技术 手段，对信息进行获取、传输、 处理、存储和应用的技术体系。
信息化技术发展历

系统工程概述教学课件PPT


2024/7/25
8
needs.
系统工程
Systems Engineering (Discipline)
Systems Engineering is an engineering discipline whose
responsibility is creating and executing an interdisciplinary
people, hardware, software, facilities, policies, and
documents; that is, all things required to produce
systems-level results. The results include 12
参考资料
1. 吴祈宗. 系统工程. 北京：北京理工大学出版社，2011年 2. 梁迪(主编). 统工程. 北京：机械工业出版社，2005
3. 汪应洛(主编). 系统工程. 北京：机械工业出版社，2003
4. 《运筹学》教材编写组编，运筹学[M] （修订版），北京： 清华大学出版社，1996
9
系统工程
系统工程(Systems engineering，SE)，是20世纪中期兴起 的一种多学科交叉方法、一门多学科交叉工程学科
是实现“从概念到产品”研发的共性方法(通用方法) 它针对系统整体全寿命周期的问题，旨在运用系统的思
想和方法，对系统的问题进行预测、建模、设计、优化、 决策和评价等，为复杂系统问题提供技术可行、经济最 优的解决方案。 (如最优控制)
This general process of “Idea of systems engineering” was abstracted into the SIMILAR Process.

系统工程教学大纲

教学大纲第一章系统工程概述为本课程的导论部分，主要介绍系统思想的发展、系统工程的产生及发展、系统工程的研究对象——系统的特性、系统工程的定义及其基本观点等内容。

通过本章的教学，使学生掌握系统与系统工程的概念以及它们的特点，了解系统的分类、系统工程的发展过程与趋势、了解系统科学体系。

1.系统工程背景介绍、系统工程导论重点介绍系统工程的产生背景，系统工程的基本概念和基本思想2.系统及系统工程简介重点介绍系统的定义、系统工程的基本概念3.系统的概念及特性重点介绍系统的基本概念以及系统的特点4.系统工程的定义、研究对象及基本思想重点介绍系统工程的基本概念，研究对象，以及系统工程在分析、解决问题时的基本思想。

5.系统工程的全体最优观点通过实例重点介绍系统工程基本思想中的全体最优思想6.系统工程的综合性观点通过实例重点介绍系统工程基本思想中的综合性观点7.定性定量相结合的系统工程思想通过实例重点介绍系统工程基本思想中的定性定量相结合的观点8.问题导向与反馈机制的系统工程思想通过实例重点介绍系统工程基本思想中的问题导向与反馈机制的观点9.系统工程的发展史及系统工程的应用重点介绍系统工程的发展历程以及系统工程在社会实际问题中的具体应用第二章系统工程方法论方法论是整个系统工程课程的核心，本部分重点讲述两种针对不同系统的重要方法论：霍尔三维结构和切克兰德模型，在此基础上对系统工程方法论新探索进行简要的介绍。

通过本章的教学，使学生了解系统工程方法论的基本概念，掌握霍尔系统工程方法论，切克兰德系统方法论；掌握系统分析的基本原理。

系统工程方法论事系统工程思考问题和处理问题的一般方法与总体框架1.系统工程的基本过程系统工程解决实际问题的基本步骤与程序2.“阐明问题”阶段重点介绍系统工程基本步骤中的“阐明问题”阶段，及应注意的问题3.“谋划备选方案”重点介绍系统工程基本步骤中的“谋划备选”阶段，及方案的选择方法4.“建模与预计后果”阶段重点介绍系统工程基本步骤中的“建模与预计后果”阶段，及建模的过程与评估的方法5.系统工程分析原理中的“评比备选方案”及“系统工程报告的形成”通过实例，重点介绍系统工程基本步骤中的“屏蔽备选方案”及“系统工程报告的形成”阶段，及屏蔽方案的方法及报告形成过程6.精益思想产生的背景介绍通过精益生产的实例，介绍精益思想的产生背景7.精益思想的本质与特点重点介绍精益思想的实质与基本特点8.精益生产的应用及国内外煤矿推行精益管理的意义与现状重点介绍精益生产在国内外企业中的应用情况，以及国内外煤矿业推行精益管理的意义与存在的问题9.精益化理论与方法的具体应用过程以及如何在我国煤矿业推行精益化重点介绍精益化相关理论及方法在煤矿行业的具体应用过程第三章系统模型与模型化—解释结构模型在系统初步分析的基础上，将对象系统抽象为模型，进而进行优化或仿真，这是系统工程的特色。

系统工程课件：第1章 系统工程概述

15
15
第四节 系统工程的应用领域
目前，系统工程的应用领域已十分广阔。 主要有以下几个方面：
(1)社会系统工程 (2)经济系统工程 (3)区域规划系统工程 (4)环境生态系统工程 (5)能源系统工程 (6)水资源系统工程 (7)交通运输系统工程 (8)农业系统工程 (9)企业系统工程 (10)工程项目管理系统工程
古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具 有突出地位和贡献。
整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。 一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及 自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
5
5
二、系统工程的发展概况
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
1930
合计
学时数 5 5 5 6 6 7 12 2 48
3
第一章 系统工程概述
第一节 系统工程的产生、发展及应用 第二节 系统工程的研究对象 第三节 系统工程的概念与特点 第四节 系统工程的应用领域

4
第一节 系统工程的产生、发展及应用
一、系统思想的产生与发展
系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林” （朴素的系统思想）阶段→“只见树木”阶段→“先见森 林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。
美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出“模糊集 合”概念
美国实施“阿波罗”登月 计划
为现代SE奠定了重要的数学基础
使用了多种SE方法，其成功极大地提高 了SE的地位
7
二、系统工程的发展概况
1972 V
国际应用系统 分析研究所 （IIASA）在维也 纳成立
SE的应用开始从 工程领域进入到社会 经济领域，并发展到 了一个重要的新阶段。

系统工程重点


计算公式
NPV I t Ot 1 r
t 0 n t
式中：NPV-净现值；It-第t年的现金流入量；Ot-第t年的现金流出 量；r-折现率；n-投资项目的寿命周期。 （2）净现值法的原理 净现值法所依据的原理是：假设预计的现金流入在年末肯定可以 实现，并把原始投资看成是按预定贴现率借入的，当净现值为正 数时偿还本息后该项目仍有剩余的收益，当净现值为零时偿还本 息后一无所获，当净现值为负数时该项目收益不足以偿还本息。 净现值法具有广泛的适用性，净现值法应用的主要问题是如何确 定贴现率，一种办法是根据资金成本来确定，另一种办法是根据 企业要求的最低资金利润来确定。
求根法
求和法 0.652 0.556 0.692 0.130 0.111 0.077 0.218 0.333 0.231
0.637 0.105 0.258
1.900 0.318 0.782
0.633 0.106 0.261
C1
C2
C3
C4
C5
v21 v22 v32 v11 v12 v31
P1
P2
P3
§5-4模糊评价法
了解模糊评价法的应用。
第六章 决策分析方法
§6-1 管理决策概述 决策分析主要是解决风险型和不确定型类型的问题。 重点掌握期望收益值的计算，关联树法的应用。
考试成绩占总成绩的70% 拟采用题型： 一、填空题（20%） ；二、选择题（10%） 三、判断题（10%）；四、简答题（10%） 五、计算题（40%）；六、论述题（10%） 考试时请自己携带计算器！
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奠基人之一赫拉克利特认为“世界是包括一切的整体”； 亚里士多德强调“整体大于部分的总和”的论点。 中国思想家老子阐明了自然界的统一性。战国时期李冰 父子修建的四川都江堰水利工程。北宋大科学家沈括的 传世著作《梦溪笔谈》中所述的丁渭造宫工程。
第一章 系统工程概述 系统工程
李冰父子建造都江堰
公元前256年由蜀郡太守李冰父子组织建造
通讯系统
一词
第二次世界 英、美等国的反空袭等军事 军事运筹学（Military Operations
大战期间 行动
Research），即军事系统工程
II
本世纪40年 美国研制原子弹的“曼哈顿 代 计划”
运用SE，并推动了其发展
1945年
美国空军建立兰德（RAND）曾经提出系统分析（Systems analysis）概
美国实施“阿波罗”登月计划
使用了多种SE方法，其成功极 大地提高了SE的地位
国际应用系统分析研究所（IIASA） SE的应用开始从工程领域进入到
在维也纳成立
社会经济领域，并发展到了一个
重要的新阶段
SE的广泛应用在国际上达到高潮
SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮ຫໍສະໝຸດ 第一章 系统工程概述 系统工程
第一章 系统工程概述 系统工程
教学内容
第一节 系统工程的产生、发展及应用 第二节 系统工程的研究对象 第三节 系统工程的概念与特点 第四节 系统工程的应用领域
第一章 系统工程概述 系统工程
第一节 系统工程的产生、发展及应用
一、系统思想及系统理论的产生与发展 二、系统工程的发展概况 三、系统工程在我国的发展及应用
系统工程（Systems Engineering, SE）
上课时间
周一
3-4
周三
3-4
地点 6B305 5A304
第一章 系统工程概述 系统工程
第一章 系统工程概述
教学目的:
1、了解国内外系统思想的产生与发展、全面认识 系统工程的发展和应用。 2、掌握系统的概念、属性、特点和分类，了解各 种系统的区别与联系。 3、掌握系统工程的基本概念、方法以及应用领域。
20世纪90年代以来，系统工程的发展和应用出现了新的特 点，如范围和对象系统规模越来越大、朝着“巨系统”发展； 系统工程与计算机系统的结合变得异常紧密等。
第一章 系统工程概述 系统工程
钱学森简介
1934年上海交通大学铁道机械系毕业。1935 年留学美国，入麻萨诸塞州理工学院航空系 学习，后转入加州理工学院学习航空工程理 论。1939年获美国加州理工学院航空与数学 博士学位。1955年回国，是中国航天事业的 开路人。
公司
念，强调了其重要性
III
40年代后期 到50年代初 期
运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现， 为SE奠定了重要的学科基础
第一章 系统工程概述 系统工程
二、系统工程的发展概况
1957年
1958年
IV 1965年
1961～ 1972年 1972年 V 70年代 VI 80年代
第一章 系统工程概述 系统工程
二、系统工程的发展概况
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
1930年
美国发展与研究广播电视
正式提出系统方法（Systems approach） 的概念
I
1940年
美国实施彩电开发计划 采用系统方法，并取得巨大成功
美国Bell电话公司开发微波 正式使用系统工程（Systems Engineering）
形成一个协 调运转的工 程总体，使 工程具有防 洪、灌溉、 漂木、行舟 等多种功能
第一章 系统工程概述 系统工程
丁渭造宫
北宋皇宫失火
挖沟取土烧砖
引水灌沟成河
水路运输建材
建筑垃圾填沟复街
系统工程中统筹安排、优选方案的典型事例
第一章 系统工程概述 系统工程
2、科学系统思想的形成
15世纪下半叶，力学、天文学、物理学、化学、生物学等 相继从哲学的统一体中分离，形成了自然科学。系统思想 具有“只见树木”和“具体化”的特点。
第一章 系统工程概述 系统工程
一、系统思想及系统理论的产生与发展
只见森林，不见树木 （朴素的系统思想）
只见树木，不见森林
先见森林，后见树木 （科学的系统思想）
古代中国和古希腊在系统思想发展中有突出贡献 普遍联系和整体性是科学系统思想的实质
第一章 系统工程概述 系统工程
1、朴素的系统思想
世界是统一的整体 古希腊哲学家德谟克利特提出“宇宙大系统”；辩证法
在应用力学、喷气推进、工程控制论、物理
(1911.12.11～ 2009.10.31)，生于上 海，祖籍浙江杭州
H.Good和 R.E.Machol发表第一部 系统工程学科形成的标志 名为《系统工程》的著作
美国研制北极星导弹潜艇
提出PERT（网络优化技术），这 是最早的系统工程技术之一
R.E.Machol编著《系统工程手册》 表明系统工程的实用化和规范化
美国自动控制学家L.A.Zedeh提出 为现代SE奠定了重要的数学基础 “模糊集合”概念
三、系统工程在我国的发展及应用
20世纪50～60年代，理论研究与应用尝试，如钱学森《工程 控制论》、华罗庚《统筹法》和许国志《运筹学》。
20世纪70～80年代，大规模研究与应用，1978年9月27日， 钱学森、许国志等发表题为“组织管理的技术——系统工程” 的长篇文章；西安交大、天津大学、清华大学等国内著名大 学开始招收了第一批系统工程（SE）专业硕士研究生。1980 年11月，中国系统工程学会在北京成立。
三大主体工程
鱼嘴(岷江分流) 飞沙堰(分洪排沙)
宝瓶口(引水)
120个附属渠堰工程
工程完工后建立了一套岁修养护制度
整体的观念、优化的方法和系统的思想
/view/2240.htm /ycx/index_9_d.html
19世纪自然科学取得了巨大成就，尤其是能量转化、细胞 学说、进化论这三大发现，使人类对自然过程相互联系的 认识有了质的飞跃。系统思想具有“先见森林、后见树木” 的特点。
辩证唯物主义认为，世界是由无数相互关联、相互依赖、 相互制约、相互作用的过程形成的统一整体。普遍联系和 整体性思想是科学系统思想的实质。