從系統優化管理看一般系統理論

李昆蔓 郭艷

摘 要：本文從初步學習角度，淺釋一般系統理論的概念、包含的領域，介紹系統理論發展中，關于一般系統主要特性的研究情況。從涵蓋領域的需求簡述了一般立體理論的發展趨勢，最后簡單總結分析了發展需求與理論研究現狀之間的矛盾。

關鍵詞：一般系統；系統科學；系統特性；信息論；控制論

一、系統科學定義

系統論中，客觀世界的一切事物都是系統以及系統的集合，系統的復雜性決定了客觀世界的復雜性。研究任何一個客觀存在的對象，也要包括這個部分所在的系統與它周圍的環境之間的關系。系統科學之所以稱為系統，因為它把研究對象作為一個整體來對待。研究內容包括捕捉對象的基本特征，整體性、關聯性、等級結構性、動態變化、平衡性及時序性等。系統論是一種科學理論，揭露事物本質規律，更重要的提供方法論研究系統科學。

系統論的研究工作，分成幾個步驟：首先了解系統的規則和特點，其次，了解系統反映出的層次、構造和演化，最終實現系統結構優化，協調要素之間的關連。系統論的基本思想、基本理論及特點，反映了科學總體化、綜合化，學科研究跨交融的發展趨勢的。現代社會盤根錯節的復雜問題，凸顯在政治、軍事、經濟、文化和科學等各領域中，系統科學提供了方法論基礎。

以系統思想為核心、系統科學綜合了多門學科，可分為狹義和廣義兩種。

對狹義系統科學，貝塔朗菲[1]建議"系統"的科學是：系統哲學、數學系統論、和系統技術三個部分歸納組合形成的學科體系。

廣義系統科學的涵蓋范圍廣泛的理論，包括純系統理論、信息論、控制論、耗散結構理論的經濟學理論、協同論、突變論、運籌學、模糊數學、泛系理論的數學理論，和物理學理論的物元分析、系統動力學、灰色系統論、系統工程，計算機科學理論的計算機科學、人工智能、知識工程學、傳播學等。之后研究的發展，把多個理論學科也歸入到了廣義系統科學體系中：相似論、現代概率論、模糊邏輯學、超熵論、奇異吸引學、紊亂學、混沌理論等。

系統科學依據系統應用的學科領域，組成學科體系群，以系統做為研究核心，創立系統科學的基礎理論；各類系統的關系和屬性是研究重點，發掘系統本質的活動規律為研究目標，想了解如何研究和管理系統的理論和方法。從自然科學、工程技術到社會科學范疇，系統科學的理論和方法朱波擴展，這種變遷廣泛的在逐步加深，如哲學與系統科學相互作用，研究系統科學里出現的哲學問題，形成了系統哲學[2]。

二、系統科學的內容

1972年貝塔朗菲[4]把一般系統論擴展為系統科學領域，一般系統論嘗試著被重新規界。他認為，不適宜把一般系統論局限于技術方面，技術方面角度了解到的系統論不完全是一種數學理論。因為用現代數學邏輯方法不能描述許多系統問題。更深刻的實質包含在一般系統論的概念里，囊括了寬泛的研究領域，其中有三個重要的方面：

1、系統的科學：又稱數學系統論。研究目的是描述一個系統，以一個精確數學語言，從而獲得適用于所有系統的基本理論。

2、系統技術：又稱為系統工程。運用系統論和系統論的方法，從技術上，更復雜的系統，工程系統、社會系統、經濟系統和生命系統等的研究。

3、系統哲學：從哲學方法論的角度，研究科學方法論在一般系統論中的性質，為系統理論研究提供哲學基礎。

貝塔朗菲擴展一般系統論為系統科學后，基本囊括三個所有的系統科學層次。現代一般系統論的研究，主要集中在系統思想、開放系統、系統哲學和系統結構同構等。系統工程，復雜系統的組織管理與技術，不屬于一般系統論研究的范圍，并逐步獨立發展為新學科。

其后許多學者也提出新理解的系統科學結構。其中有學者認為，系統科學應該包括系統概念、一般系統理論、系統方法論、系統理論分析和應用系統方法論等五個方面。也有學者認為系統科學研究的是系統的類型、運動規律和普世性質的科學。這個體系應該包括三部分：系統科學、系統工程和系統方法論。

我國科學界泰斗錢學森[3]提出的框架，說明系統科學包含的內容和內容間的相互結構。他認為系統科學與自然科學、社會科學在地位上并駕齊驅，對各個領域都非常重要。錢老把系統科學按結構劃分為四個層次：第一層次是工程技術層次，包括系統工程、通信技術、自動化技術等，可以直接使用這些具體技術改造自然界；第二層次是技術科學層次，這個層次的研究建立系統工程的直接實踐，包括運籌學、系統理論、控制論、信息論等；第三層次是系統科學的基礎理論，重要研究系統學理論。從系統的哲學和方法論的上看，第三層表現了系統觀，銜接了馬克思主義哲學和系統科學。

三、一般系統論的要點

系統論的基本思想方式要領，是把研究和管理的對象看成一個系統，剖析他的布局構造和功能，在系統、要素、環境三者間研究的相互關系和變遷規律性，達到系統的優化。按系統論把任何事物都當做系統，系統是普遍存在的。

系統有多樣性，按照不同方式劃分類型：按規模分宏觀系統、微觀系統；按人類干涉的程度分人造系統、自然系統；按學科范疇分自然系統、社會系統、思惟系統；按系統狀況分均衡系統、非均衡系統、近、遠平衡系統，按與環境的關連情況分為開放系統、封閉系統、孤立系統等。另外在復雜程度上還區別為大、小系統。

根據貝塔朗菲認為，系統論主要有5個特性[1]：

（一）系統的整體性

系統由多個客觀事物組成整體，但部分之和不等于整體。因為系統反映了整體，還反映更復雜的關系：整體分別與部分、層次、結構、環境四者間的關系。貝塔朗菲強調，任何系統都是個有機的總體，只是把部分機械組合或相加不可能拼湊出整體，各要素沒關連，系統的整體功能的新質不存在。他說，亞里斯多德的"整體大于部分之和"就是在說明系統的整體性，否定了要素性能好決定整體性就好的觀點，后者是機械論，用片面局部說明整體。另外，他也提到，系統中各要素不單獨存在，要素的作用取決于要素在系統中的位置。系統通過整體與系統的要素、要素的層次、要素的結構、要素的環境的關系表現出整體性特征。要素的無組織的綜合也是形成整體的一種方式，但是無組織狀態不能構成系統，系統所具有的整體性以一定組織結構作為基礎，系統的整體性表現為，按照某種方式，相互聯系、相互作用的要素構成系統的結構。所以整體性是結構化的。要素間的相互關聯讓整體不可分割。在整體中的要素才是要素，假如把要素從系統中切斷，系統和要素都會沒有要素的功能。一般系統論，即廣義系統論的核心就是整體性性質。

（二）系統的有機關聯性

系統規律和要素規律有聯系又有區別，系統規律表現著整體性，不等于要素規律，所以系統規律總和與要素規律總和不相等。在性質總和上二者也是不同的集合，要素沒有系統的性質。但系統與要素是一個整體，要素的性質是系統的性質基礎，有的系統的規律也需要從要素之間的關系（系統的結構）提取。整體中的要素，具有一些整體性基本特性，形成整體內部相互關聯關系，所以這些特性只有在整體中才能顯現，沒有這種整體性特性，要素就不屬于這個系統。即：系統是要素的有機的集合。

（三）系統的動態性

系統是有生命的，是有機關聯動態，這有兩方面涵義：一、時間改變，系統內部結構就隨之改變；二、系統內部要素需要外部環境提供物質、能量和信息交換。例如：新陳代謝是生物體保持體內平衡的基礎，生物機體死亡看新陳代謝是否中止，中止的話構成生物體的系統就死亡了。范氏認為，每個客觀存在的系統都是開放的，動態性是開放系統必要屬性。

（四）系統的有序性

系統在結構、層次及動態的方向性上，都有一定順序。系統存在狀態是有序的，有序從無序進化，越有序組織程度越高，越高穩定性。反之，系統從有序變成無序，穩定性逐漸降低。最終完全無序，系統就解體。

（五）系統的目的性

為了避免混淆（主要是與“目的論”區別），系統目的性有時也叫“預決性”。 范氏認為，系統的有序性是有目標指向的，即一個系統的發展方向是由許多因素決定的，一個是偶然的實際狀態，此外還有系統的目的，即其必然的發展方向。他強調系統普遍有方向性，無論系統是機械系統或其他任何類型。

四、一般系統理論發展趨勢

系統論歸納了現代社會化大生產的特點，社會各領域的復雜性，所以能夠在很多領域得到應用。人類社會政治、經濟、軍事、科學、文化等面臨的復雜挑戰，系統論是新角度的方法論基礎，系統理論發展現狀有以下趨勢和特點：

系統論與多學科領域相互交織、關連越來越緊密，如控制論、運籌學、系統工程、信息論，電子計算機和通信技術等；

系統論是控制論、信息論的核心，系統論、控制論、信息論， "三歸一"三學科相互融合已經是趨勢；

有必要把新科學理論，耗散結構理論、協同論、突變論、模糊系統理論等合并為獨立的系統學——這是系統科學的基礎科學理論，可以豐富和發展系統論的內容；

因為系統科學的普遍性，其中的哲學和方法論問題逐漸引起人們的重視，很多研究集中于把各分支的系統理論歸納起來，創建統一的系統科學體系和思想方法，這也是系統論領域研究主要目的。

五、難題

系統科學理論研究不完整，目前只有初步研究成果。研究領域主要集中于如何提高解決復雜系統問題的思路、方法、原則和模型，但依具體系統的領域決定特點性質多變，很難明確定義統一的系統體系。科學領域、經濟學領域、社會性領域不同問題，涉及面甚廣，除了客觀條件外還有其他多種外部因素決定著系統的有機性，單靠系統理論或系統工程進行系統分析或建模，整體性不完整。 其次，系統科學理論的缺乏，需要從實踐中“提煉”、“抽象”具體系統問題和特點，補充發展系統理論，從而實現問題的解決。雖然介紹系統科學的文獻多，但真正能指導實踐并解決問題的少，在理論研究和應用開發方面，都有主動性、不確定性、不確知性、散化、維數災、發展性等一系列難題[5]。

在系統科學的基礎理論、應用理論和工程技術三個層次的主要領域研究系統論后，問題逐漸都轉向系統的復雜性問題研究， 理論研究進展緩慢，實際應用急需理論指導，但系統科學界普遍在理論認識水平上感到困惑，迫切需要突破基礎理論[6]。

傳統科學主要以還原論思想為認識論基礎：用部分的性質組合整體性質；低層次事物組合高層次事物；在確定的基本物質層次基礎上，迭代還原一切復雜問題，最終回歸到這個基本層次描述問題， 即用物理學基本規律解釋一切事物。還原使用的基本工具分析——累加法來掌握事物對象，分析是其中的決定步驟。但系統的復雜性不是系統要素固有的屬性，是組織的屬性，是整體性的，在系統里低級向高級的組織演化中這些屬性逐步涌現，即組織演化使簡單性中涌現出復雜性。使用分析——累加方法來補充或修正就能描述較低層次上的涌現，例如這種方法產生了直接綜合和統計綜合。在較高層次的涌現，復雜巨系統層面，如生命科學， 基于還原論的“分析——累加”方法不完全有效。要建立一種新方法來描述復雜巨系統的高級涌現性。這也是歐洲科學家在復雜性研究上的停滯問題[6]。

由于系統的復雜性、主動性、多變性，理論創新需要突破傳統框架，研究系統分析、建模、設計和控制、管理的新方法。如何對系統進行控制和管理，如何進行系統分析與預測、系統規劃、框架設計，實現系統優化，都是系統科學領域的難題。

參考文獻：

[1]L·貝塔蘭菲.《一般系統論：基礎、發展和應用》[M].社會科學文獻出版社1987.

[2]許國志.《系統科學》[M].上海科技教育出版社，2000.

[3]錢學森.《論系統工程》[M].上海交大，2007.

[4]涂序彥.“大系統控制”淺談；中國自動化學會控制理論專業委員會[J].2014.