發(fā)布時間：2021-06-18所屬分類：文史論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】系統(tǒng)理論反映了現(xiàn)代社會化大生產(chǎn)的特點和現(xiàn)代社會生活的復雜性，為解決現(xiàn)代復雜問題提供了有效的思維方式和新方法，得到了廣泛應用，成為現(xiàn)代科學的新潮流，促進著各門科學的發(fā)展、反映了現(xiàn)代科學發(fā)展的趨勢。文章對當前系統(tǒng)科學發(fā)展的學科體系、發(fā)
【摘要】系統(tǒng)理論反映了現(xiàn)代社會化大生產(chǎn)的特點和現(xiàn)代社會生活的復雜性，為解決現(xiàn)代復雜問題提供了有效的思維方式和新方法，得到了廣泛應用，成為現(xiàn)代科學的新潮流，促進著各門科學的發(fā)展、反映了現(xiàn)代科學發(fā)展的趨勢。文章對當前系統(tǒng)科學發(fā)展的學科體系、發(fā)展階段和前沿性的理論加以梳理、述評，力求描繪系統(tǒng)科學當前發(fā)展的全貌，為更好地對其加以應用奠定理論基礎。
【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)科學;自組織;耗散結(jié)構(gòu);耦合;混沌
系統(tǒng)科學的思維方法是現(xiàn)代管理思想具有的一種普遍的思維方法。系統(tǒng)科學諸學科著眼于世界的復雜性，確立系統(tǒng)觀點即復雜性方法論原則，歸納整體和部分之間的相互關(guān)系、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互關(guān)系。
一、系統(tǒng)科學的學科體系
系統(tǒng)科學是研究系統(tǒng)的類型、一般性質(zhì)和運動規(guī)律的科學。作為一個完整的科學體系，它包括三個部分：系統(tǒng)學、系統(tǒng)方法學和系統(tǒng)工程學。[1]系統(tǒng)學是系統(tǒng)科學的基礎理論，它研究一般系統(tǒng)的基本概念、基本性質(zhì)和基本規(guī)律，分為系統(tǒng)概念論和系統(tǒng)進化論。系統(tǒng)概念論研究有關(guān)一般系統(tǒng)的基本概念和一般系統(tǒng)的基本性質(zhì)，為系統(tǒng)學建立邏輯結(jié)構(gòu)，并以數(shù)學形式表示這一邏輯結(jié)構(gòu)。有關(guān)一般系統(tǒng)的基本概念有系統(tǒng)要素、環(huán)境、信息、結(jié)構(gòu)、功能、漲落、系統(tǒng)時空等;一般系統(tǒng)的基本性質(zhì)是整體性、穩(wěn)定性、適應性、等級性和歷時性。系統(tǒng)進化論研究適用于各種具體系統(tǒng)的一般進化原理，也就是研究一般系統(tǒng)的產(chǎn)生、變化和發(fā)展的基本規(guī)律。系統(tǒng)進化是一個從無序到有序，再從新無序過渡到新有序的反復循環(huán)發(fā)展過程。系統(tǒng)進化的機制是漲落、環(huán)境選擇和隔離。漲落為系統(tǒng)進化提供材料，而環(huán)境選擇決定系統(tǒng)進化的方向。系統(tǒng)信息量的增加是系統(tǒng)進化的標志。與系統(tǒng)學研究有關(guān)的研究領(lǐng)域主要有五種:一是一般系統(tǒng)論;二是耗散結(jié)構(gòu)理論;三是哈肯的協(xié)同學;四是艾根的超循環(huán)理論;五是槌田敦的資源物理學。
系統(tǒng)方法學根據(jù)系統(tǒng)學基本理論研究系統(tǒng)方法，其中包括系統(tǒng)方法的基本構(gòu)成、系統(tǒng)方法的基本原則和若干方法論學科。系統(tǒng)方法是系統(tǒng)科學的基本方法，是結(jié)構(gòu)方法、功能方法與歷史方法的辯證統(tǒng)一。系統(tǒng)方法的基本原則是提供研究或研制各種系統(tǒng)時所必須遵循的思想原則，其中包括整體性原則、相關(guān)性原則、綜合性原則、目的性原則、層次性原則和歷時性原則。系統(tǒng)方法學的核心是若干方法論學科，它們提供一些實用的系統(tǒng)方法理論，目前主要有五種。一是信息論。申農(nóng)于1948年創(chuàng)立信息論，它是用數(shù)學方法研究信息的計量、傳輸、變換和儲存的一門學科。其主要任務在于提高信息傳輸?shù)男芎捅３謧鬏斝畔⒌耐暾浴Ｈ绾斡嬃啃畔ⅲ切畔⒄撟罨镜膯栴}。但申農(nóng)只從量的方面考察了信息，哥爾德曼于1953年提出不僅要考慮信息的量而且要考慮信息對接受者的使用價值。貝里斯和桂阿斯于1968年提出“量——質(zhì)”統(tǒng)一量度的信息，后來被稱為“有效信息”，夏爾馬等人于1978年進一步把它推廣為“廣義有效信息”。但是對信息本質(zhì)問題至今仍然眾說紛紜。二是控制論。維納于1948年創(chuàng)立控制論，把它定義為動物和機器中控制和通訊的理論。現(xiàn)在控制論分為古典控制理論和現(xiàn)代控制理論。前者主要用來解決單輸入——單輸出問題，所研究的一般是線性定常系統(tǒng)，后者主要用于解決多輸入——多輸出問題，所研究的可以是線性或非線性系統(tǒng)，定常或時變系統(tǒng)。在系統(tǒng)描述中，前者用一個高階微分方程，后者則用一階微分方程組(即狀態(tài)方程)。前者的方法是頻率法，后者的方法是時域法。三是系統(tǒng)動力學。這是美國麻省理工學院J·W·福菜斯特從1950年起倡導的一門學科。他以信息反饋系統(tǒng)理論為理論基礎，以電子數(shù)字計算機為計算手段(采用DYNAMO語言)，以軍事作戰(zhàn)行動中的決策機制研究和工程領(lǐng)域的仿真工作為經(jīng)驗依據(jù)，建立了這門關(guān)于連續(xù)仿真建模技術(shù)的方法論學科。它能方便地模擬非線性、多重反饋、復雜時變的大系統(tǒng)，能把人的判斷力、經(jīng)驗與邏輯推導結(jié)合起來，能適用于不確定性的長期宏觀規(guī)劃。四是灰色系統(tǒng)理論。這是華中工學院鄧聚龍從1979年起倡導的一種控制理論。他把各類系統(tǒng)分為白色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)和灰色系統(tǒng)，系統(tǒng)中既有白色又有黑色的參數(shù)就稱為灰色系統(tǒng)。它以灰色參數(shù)、灰色代數(shù)方程和灰色矩陣描述灰色系統(tǒng)。五是泛系方法論，也稱泛系理論或泛系分析。由武漢數(shù)字工程研究所吳學謀從1976年起倡導。泛系方法論是事物機理中廣義的系統(tǒng)、轉(zhuǎn)化與對稱的一種跨學科的研究和應用。它著重研究與十大關(guān)系(宏微、動靜、局整、形影、因果、觀控、串并、模擬、集散、異同)有關(guān)的一般數(shù)學結(jié)構(gòu)，并且提出一系列新概念與定理，開辟了一系列新的理論研究與應用領(lǐng)域。此外，目前引人注目的方法論學科還有從20世紀60年代發(fā)展起來的模糊系統(tǒng)理論和從70年代發(fā)展起來的大系統(tǒng)理論。
系統(tǒng)工程學是系統(tǒng)科學的應用領(lǐng)域。可以定義為：系統(tǒng)工程學=系統(tǒng)方法+運籌學+電子計算機技術(shù)。這里，系統(tǒng)方法為系統(tǒng)工程學提供思維方法和若干方法論學科，運籌學為它提供數(shù)學工具，電子計算機技術(shù)為它提供“計算”工具。將這三者應用于解決具體系統(tǒng)問題時，就形成了各項系統(tǒng)工程。
二、系統(tǒng)科學的發(fā)展階段
系統(tǒng)科學的發(fā)展可分為兩個階段：第一階段以二戰(zhàn)前后控制論、信息論和一般系統(tǒng)論等的出現(xiàn)為標志，主要著眼于他組織系統(tǒng)的分析。如果一個系統(tǒng)靠外部指令而形成組織，就是他組織。第二階段以耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同學、突變論、超循環(huán)論、分形理論和混沌理論等為標志，主要著眼于自組織系統(tǒng)的研究。如果不存在外部指令，系統(tǒng)按照相互默契的某種規(guī)則，各盡其責而又協(xié)調(diào)自動地形成有序結(jié)構(gòu)，就是自組織。自組織現(xiàn)象無論在自然界還是在人類社會中都普遍存在。一般認為，系統(tǒng)開放、遠離平衡、非線性相互作用、漲落是自組織形成的基本條件。其中，耗散結(jié)構(gòu)理論是解決自組織出現(xiàn)的環(huán)境條件問題;協(xié)同學基本上是解決自組織的動力學問題;突變論從數(shù)學抽象的角度研究了自組織的途徑問題，超循環(huán)論解決了自組織的結(jié)合形式問題;分形理論和混沌理論則從時序和空間序的角度研究了自組織的復雜性和圖景問題。混沌指的是非線性確定性動態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的終態(tài)不穩(wěn)定性現(xiàn)象，這種現(xiàn)象來自于系統(tǒng)內(nèi)在的隨機性，[2]而分形理論主要研究不規(guī)則、非光滑、具有分數(shù)維特征的幾何對象。
耗散結(jié)構(gòu)理論指出，一個遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，通過與外界不斷地交換物質(zhì)和能量，可以從無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，即耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。普里高津在研究了大量系統(tǒng)的自組織過程以后，總結(jié)歸納出影響耗散結(jié)構(gòu)形成的四個因素：開放系統(tǒng)、遠離平衡態(tài)、非線性作用、漲落，[3]其中遠離平衡是對開放系統(tǒng)的進一步解釋，漲落是由非線性作用引起的。因此，這四個因素可以歸納成“非平衡、非線性”這兩個必要條件。耗散結(jié)構(gòu)理論也稱為非平衡非線性自組織理論，說明了“非平衡非線性”是耗散結(jié)構(gòu)形成的兩個本質(zhì)條件。
協(xié)同學主要研究系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的協(xié)同機制，認為系統(tǒng)各要素之間的協(xié)同是自組織過程的基礎，系統(tǒng)內(nèi)各序參量之間的競爭和協(xié)同作用是使系統(tǒng)產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)的直接根源，即從無序轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻年P(guān)鍵是系統(tǒng)的自組織現(xiàn)象，是系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)在一定條件下相互作用造成的協(xié)同現(xiàn)象。
法國數(shù)學家勒內(nèi)·托姆創(chuàng)立的突變論，是研究客觀世界非連續(xù)性突然變化現(xiàn)象的一門新興學科。突變論認為，系統(tǒng)所處的狀態(tài)可用一組參數(shù)描述。當系統(tǒng)處于穩(wěn)定態(tài)時，標志該系統(tǒng)狀態(tài)的某個函數(shù)就取惟一的值。當參數(shù)在某個范圍內(nèi)變化，該函數(shù)值有不止一個極值時，系統(tǒng)必然處于不穩(wěn)定狀態(tài)。勒內(nèi)·托姆指出：系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)進入不穩(wěn)定狀態(tài)，隨參數(shù)的再變化，又使不穩(wěn)定狀態(tài)進入另一種穩(wěn)定狀態(tài)，那么，系統(tǒng)狀態(tài)就在這一剎那間發(fā)生了突變。突變論還提出：高度優(yōu)化的設計很可能有許多不理想的性質(zhì)，因為結(jié)構(gòu)上最優(yōu)，因而可能存在對缺陷的高度敏感性，產(chǎn)生特別難以對付的破壞性，以致發(fā)生真正的“災變”。突變論與耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論一起，在有序與無序的轉(zhuǎn)化機制上，把系統(tǒng)的形成、結(jié)構(gòu)和發(fā)展聯(lián)系起來，成為推動系統(tǒng)科學發(fā)展的重要學科之一。
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超循環(huán)理論是解決“塊復制”的機制問題，即組織的發(fā)展如何把自身的核心能力復制到要發(fā)展的區(qū)域并和環(huán)境融合起來。諾貝爾獎獲得者艾根將循環(huán)反應網(wǎng)絡分成三個等級：第一等級是反應循環(huán)。在一組相互關(guān)聯(lián)的反應中，如果任一反應產(chǎn)物與前面某一步驟中的反應物相同，就形成一個反應循環(huán)。這種反應循環(huán)作為一個整體就成為一個催化劑。第二等級是催化循環(huán)。如果一個反應循環(huán)中，至少有一個中間物是催化劑，就構(gòu)成一個催化循環(huán)。最簡單的催化循環(huán)成為一個自復制單元，是保存信息所必需的。第三等級是催化超循環(huán)。超循環(huán)簡單地說就是由多個催化循環(huán)相互結(jié)合所構(gòu)成的復雜化學循環(huán)。在艾根的超循環(huán)論中，所謂超循環(huán)是指關(guān)于催化功能是超循環(huán)的系統(tǒng)，即催化超循環(huán)。催化超循環(huán)是以循環(huán)聯(lián)系連接各個自催化劑或自復制單元而形成的。[4]
三、系統(tǒng)科學的主要觀點
1.系統(tǒng)是由兩個或兩個以上的元素(要素)相互作用而形成的整體。所謂相互作用主要指非線性作用，它是系統(tǒng)存在的內(nèi)在根據(jù)，構(gòu)成系統(tǒng)全部特性的基礎。系統(tǒng)具有層次性、整體性、集合性、相關(guān)性、目的性和環(huán)境適應性。
2.系統(tǒng)是一個為環(huán)境所影響，并反過來影響環(huán)境的開放系統(tǒng)。系統(tǒng)在與環(huán)境的相互影響中取得動態(tài)平衡的同時要從外界接受能源、信息、物料等各種投入，經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換，再向外界輸出產(chǎn)品。
3.系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用是系統(tǒng)演化的內(nèi)在動力。系統(tǒng)內(nèi)的相互作用從空間來看就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、聯(lián)系方式，從時間來看系統(tǒng)的運動變化，就是相互作用中的各方力量總是處于此消彼長的變化之中，從而導致系統(tǒng)整體的變化。作為系統(tǒng)演化的根據(jù)，系統(tǒng)內(nèi)的相互作用決定了系統(tǒng)演化的方向和趨勢。系統(tǒng)演化的基本方向和趨勢有兩種：一是從無序到有序、從低級到高級、從簡單到復雜的，前進的、上升的運動，即進化這是一個熵減或者說產(chǎn)生負熵流的過程。產(chǎn)生進化的基本根據(jù)是非線性作用及其對系統(tǒng)的正效應在系統(tǒng)中居于主導地位。在這一條件下，非線性作用進一步?jīng)Q定了什么樣的有序結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)并成為穩(wěn)定吸引子，同時決定了系統(tǒng)演化可能的分支。二是從有序到無序、從高級到低級、從復雜到簡單的，倒退的、下降的運動，即退化，這是一個熵增的過程。熱力學第二定律已經(jīng)表明，在孤立或封閉系統(tǒng)內(nèi)，這一演化趨勢是不可避免的。普利高津指出，對于一個處于熱力學平衡態(tài)或近(線性)平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，其運動由玻耳茲曼原理決定，其運動方向總是趨于無序。從相互作用上來理解，退化主要基于非線性相互作用對系統(tǒng)的負效應占有了支配地位。
4.系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用是系統(tǒng)演化的外部條件。從抽象意義上理解，任何現(xiàn)實系統(tǒng)都是封閉性和開放性的統(tǒng)一。環(huán)境構(gòu)成了系統(tǒng)內(nèi)相互作用的場所，同時又限定了系統(tǒng)內(nèi)相互作用的范圍和方式，系統(tǒng)內(nèi)相互作用以系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用為前提，二者又總是相互轉(zhuǎn)化。在這個意義上，系統(tǒng)內(nèi)的相互作用是以系統(tǒng)的外部環(huán)境為條件的，系統(tǒng)的進化尤其依賴于外部環(huán)境。[5]系統(tǒng)的相干作用是在系統(tǒng)內(nèi)存在差異的情況下表現(xiàn)出來的。熱力學第二定律指出，系統(tǒng)內(nèi)在差異總是在自發(fā)的不可逆過程中傾向于被削平，導致系統(tǒng)向無序的平衡態(tài)演化。因此，必須不斷從外部環(huán)境獲得足夠的物質(zhì)和能量才能使系統(tǒng)差異得以建立和恢復，維持遠平衡狀態(tài)，使非線性作用實現(xiàn)出來。即系統(tǒng)必須對環(huán)境保持開放，才能進化。
但開放性只是進化的必要條件，而非充分條件。普利高津的耗散結(jié)構(gòu)論指出，孤立系統(tǒng)沒有熵流(即系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量而引起的熵)，而任一系統(tǒng)內(nèi)部自發(fā)產(chǎn)生的熵總是大于或等于零的(當平衡時等于零)。因此，孤立系統(tǒng)的總熵大于零，它總是趨向于熵增，無序度增大。當一個系統(tǒng)的熵流不等于零時，即保持開放性時，有三種情況：第一種情況是熱力學平衡態(tài)，此種系統(tǒng)中，熵流是大于零的。此時物質(zhì)和能量的涌入大大增加了系統(tǒng)的總熵，加速了系統(tǒng)向平衡態(tài)的運動。第二種情況是線性平衡態(tài)，它是近平衡態(tài)，其熵流約等于零。這種系統(tǒng)一般開始時有一些有序結(jié)構(gòu)，但最終無法抵抗系統(tǒng)內(nèi)自發(fā)產(chǎn)生的熵的破壞而趨平衡態(tài)。第三種情況大為不同，這種系統(tǒng)遠離平衡態(tài)，即熵流小于零(為負熵流)。此時物質(zhì)和能量的涌入給系統(tǒng)帶來的是負熵，結(jié)果使系統(tǒng)有序性的增加大于無序性的增加，新的組織結(jié)構(gòu)就能從中形成，這就是耗散結(jié)構(gòu)，而系統(tǒng)也在此過程中隨之進化。
5.隨機漲落是系統(tǒng)演化的直接誘因。穩(wěn)定與漲落是刻畫系統(tǒng)演化的重要概念。由于系統(tǒng)的內(nèi)外相互作用，使得系統(tǒng)要素性能會有偶然改變、耦合關(guān)系會有偶然起伏、環(huán)境會帶來隨機干擾。系統(tǒng)整體的宏觀量很難保持在某一平均值上。漲落就是系統(tǒng)宏觀量對平均值的偏離。按照對漲落的不同反應，可把穩(wěn)定態(tài)分為三種：恒穩(wěn)態(tài)，對任何漲落保持不變;亞穩(wěn)態(tài)，對一定范圍內(nèi)的漲落保持不變;不穩(wěn)態(tài)，在任何微小漲落下會消失。對于穩(wěn)定態(tài)而言，漲落將被系統(tǒng)收斂平息，表現(xiàn)為向某種狀態(tài)的回歸。在熱力學平衡態(tài)中，不論何種原因造成的溫度、密度、電磁屬性等的差異，最終都將被消除以達到平衡態(tài)。但對于遠平衡態(tài)，如果系統(tǒng)中存在著正反饋機制，那么，漲落就會被放大，導致系統(tǒng)失穩(wěn)，從而把系統(tǒng)推到臨界點上。系統(tǒng)在臨界點上的行為有多種可能性，究竟走向哪一個分支，是不確定的。是走向進化，還是走向退化，是走向這一分支，還是走向那一分支，漲落在其中起著重要的選擇作用。達爾文的生物進化論證明，生物物種偶然變異的積累可以改變物種原有的遺傳特性，導致新物種的出現(xiàn)。耗散結(jié)構(gòu)論和協(xié)同學則定量地證明，隨著外界控制參量的變化，原有的穩(wěn)態(tài)會失穩(wěn)，并在失穩(wěn)的臨界點上出現(xiàn)新的演化分支。
由此可見，穩(wěn)定態(tài)對漲落的獨立性是相對的，超出一定范圍，漲落將支配系統(tǒng)行為。如果漲落被加以鞏固，那就意味著新穩(wěn)態(tài)的形成。漲落在系統(tǒng)演化中的重要作用說明，系統(tǒng)演化是必然性與偶然性的辨證統(tǒng)一。普利高津指出，“遠離平衡條件下的自組織過程相當于偶然性與必然性之間、漲落和決定論法則之間的一個微妙的相互作用”。
綜上所述，系統(tǒng)理論是依據(jù)系統(tǒng)思想建立的一個完整科學體系，主要研究系統(tǒng)構(gòu)成、演化、發(fā)展的一般規(guī)律。它認為事物的發(fā)展不是孤立的、割裂的、互不聯(lián)系的，而應將其看成相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的統(tǒng)一整體，并將管理對象視為一個不斷變化的開放系統(tǒng)。耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學、超循環(huán)論、混沌理論乃至突變論等系統(tǒng)自組織理論的發(fā)展使我們對系統(tǒng)自然演化的前提條件、動力根據(jù)、誘因途徑、組織形式和發(fā)展前途等已能夠加以較為具體的刻畫，從而建立起真正的關(guān)于系統(tǒng)演化的科學。對系統(tǒng)各種各樣的演變規(guī)律加以認識、研究和把握，已經(jīng)成為現(xiàn)代管理科學的方法論基礎。——論文作者：齊闖
