汽车-系统科学的思路与方法.ppt

工程师班讲座1 系 统 科 学 简 介,陈 忠 上海交通大学管理学院 管理科学与工程系 教授,博士生导师 E-mail: 办公室:安泰大楼503 Tel:021-52301080676183本讲内容,引言、为什么要学系统科学？ 一、科学与科学精神 二、系统的概念与定义 三、系统科学的理论体系 四、系统科学的起源与发展,引言：为什么要学系统科学,了解一门有趣，有用，有启迪的现代科学； 接受一次科学思想与精神的熏陶 学会一些思考问题，解决问题的思路与方法,学习系统科学的意义,系统科学是现代科学的重要组成部分，和典型代表，学习它不仅能丰富我们的知识，更能提升我们的思想素质和工作能力，帮助我们看问题： 1、站得更高（会当临绝顶，一览众山小） 2、看得更远（不仅现在而且未来） 3、更全面（不仅局部而且整体） 4、更深入（不仅表面而且内层）， 5、更细致，更定量 6、更实用，更高效。,一、科学与科学精神,人们到处在谈论和宣扬科学，运用科学的成果，提倡科学精神，和科学发展观，但是，现在的情况不容乐观： 打着科学的旗号干着各种各样的坏事，公众的科学水平已下降到一个“新低” 科学被片面理解和解释，失去了本来的意义和价值 科学精神被歪曲阉割，五四的口号变味 需要一个新的“科学启蒙运动”,科学探索是人类的生活方式,科学研究不是“科学家的专利”，而是人类的本性。 科学起源于人类的探究本能 科学探索与生产实践是密不可分的两个环节，在社会活动中到处都有探索的成分 科学活动是人类的生活方式,科学是什么？,科学是一种工具？是各门学科的知识体系?(格致，学科) 科学是人类探索未知世界的社会活动 科学是一种有目的、有计划的理性的社会活动 科学以认识客观未知世界，发现新的现象与规律为目的（求真），科学的“可证伪”性 科学文化的重要组成部分，其成果以论文、专著等形式表达的理论、原则、程序 科学家通常属于一个或多个流派，社团,科学精神：追求与捍卫,科学精神是一种文化素养 1、求真精神； 2、创新精神； 3、平等，民主精神； 4、自由探索的精神 5、怀疑一切的精神 6、献身精神,科学、技术与工程,科学-探路 技术-筑路 工程-行路,科学，技术与工程的不同素质,科学探索需要开阔的视野，好奇的心情，冒险的精神； 技术需要善于领会，分析，能够把抽象的理论，笼统的需要与目的，变为具体的，可操作的步骤和程序； 工程师则需要周密的计划，办事的本领，锲而不舍，百折不回的精神等等。 所有有用的人才都有一些共同的素质，比如踏实肯干，善于学习，勇于探索，乐于创新。,二、系统与系统科学,系统科学是关于事物整体及其环境的科学，她从局部、整体、全局和环境的特殊视角探索事物发展演化的规律，并据此为决策提供科学依据，因而特别适用于社会经济中范围广泛、关系众多的复杂问题。 系统科学个是现代科学中一个新兴的横断学科群,系统科学研究整体的科学,一种新的知识体系,系统观念与哲学思想 系统理论（概念，原理，模型） 系统方法与技术，技巧 系统工程,一幅新的世界图景,系统科学在21世纪将： 改变世界图景， 革新思维方式， 成为科学技术的思想基础。 我们这里要强调的是“一幅世界图景，两个视角”也就是系统的视角与网络的视角,一个新的科技武器,1、全面（见树木也见森林） 2、深入（深入到事物内部） 3、细致（定性与定量相结合） 4、发展，动态地看待事物 5、站在整体的高度看问题,系统思想并不神秘,人们的日常生活，待人接物中，大家熟悉的成语故事中有很多系统思想。但是系统科学又不仅仅如此，从上世纪四十年代正式创立以来，经过半个多世纪的发展，现在已经成为一门相对完整的“现代学科体系”，其中不仅包含大量的科学知识，还包含了许多行之有效的方法思路。甚至被人们认为是“二十一世纪的“科学思维方法”。,几个关于整体体的故事,1、飞机能飞起来？飞机零件却飞不起来？ 2、三个和尚与三个臭皮匠的区别 3、在看待事情时人与动物有什么不同？ 4、为什么距离产生美感？,瞎子摸象的故事说明了什么？,1. 整体与部分,柏拉图关于生命的猜测:隐德利希 亚里士多德的命题:整体不同于部分之和 大于部分和？(团结就是力量) 小于部分和？(三个和尚没水吃) 等于部分和？(GDP的计算) 还是不同于部分和？(突现,涌现,),2、整体与环境,系统存在于环境之中，它受环境的影响，也作用并改变环境。 是时势造英雄还是英雄造时势？ 为什么要加入WTO? 为什么要适应环境？ 如何适应市场环境 我们从环境中得到了什么？ 我们对环境产生什么影响？,环境的层次性,环境的层次性： 大环境（宏观环境）认识，适应 中环境（中观环境）影响，改造 小环境（生存环境）利用，控制 环境的分类：自然，社会，文化，群体 物质环境与精神环境 文和环境与问题域,3、系统的三大判据,如何判定一些事物与否组成为一个系统？有三个基本条件： 对外（环境）是否表现出不同于元素的整体？（有哪些？如何量度？） 内部元素之间有没有相对稳定的整体关联，秩序，构架？ 与环境和其他事物有没有确定的时间，空间，属性的边界？,4、系统科学的四大问题,每一门科学都会围绕一个核心的问题来展开，系统可的核心问题就是关于整体的问题，具体来讲也就是： 1、系统的整体性问题 2、整体的结构问题 3、系统的演化问题 4、系统的价值实现问题,系统的整体性,整体的一般属性 整体的基本功能 整体的特殊价值,整体的结构,： 整体由什么组成？ 部分如何组成整体？ 整体怎样分层？ 结构与属性的关系,整体的演化,变化，演化，进化 演化的判据与标度 演化的过程与阶段 演化的环境与条件 演化的动力与机制,整体的价值：评价与价值实现,评价是使用系统的基础，是从主体或使用者的角度确定系统对实现某特定目标的功效。 评价的主体与对象 评价的目的 评价的指标与尺度 评价的体系 评价的方法,5、系统公理,构成公理 N2 系统由多个元素与要 素所组成。（三生万物） 演化公理：dsdt 0 系统的变化是不可逆的（热力学第二定理） 突现公理：Ss 整体不同于部分和（亚里士多德） 有限公理：ee 0 边界的边界为零（质朴性原理）,三、系统科学的体系,1、基础性 2、前沿性 综合性 4 实用性,系统观念，系统哲学,系统视角：整体观 网络视角：关联观 认识论 方法论,系统理论，系统原理,运行规律 演化路径 外部环境，动力 内部机制，动力 微观活力，能量,系统技术，系统方法,方案，路径 策划，设计 运筹学 控制论 信息论 智能管理,系统工程，系统程序,思维逻辑 行动步骤 知识结构,四、系统科学从猜想到科学,系统思想的渊源： 系统观产生于人类（智人）与动物的分界。大约250万年之前 远古时代的系统思想，表现在对自然与神的崇拜,古代的系统思想,古代系统思想的集中表现：哲学，工程，医学，战争； 事物的组成，变化的动力，演化的规律，人的地位 中国古代的系统思想 西方古代的系统思想,近代的系统思想,从培根，达芬奇，伽利略到牛顿 笛卡尔的方法论 黑格尔的质疑 朴素唯物论与经验主义,系统科学的孕育与萌芽,十九世纪下叶的三个进化论 概率论与偶然性宇宙观的兴起 通信与控制 二十世纪上叶的两次世界大战争 从物理学到生物学,3.2 老三论:现代系统科学的兴起,20世纪40年代末以技术科学为特点的“老3论” 一般系统论 （General Systems Theory） 1937年 V.贝塔朗菲Von Bertalanff） 控制论(Cybernetics)（Kolmogonofu） 1948年 N.维纳（N.wenner） 1952年人有人的用处一书出版， 1962年控制论一书第二版出版 信息论(Information Theory) 1948年 C.申农（C.Shenno）发表通信的数学理论,老三论的特点与局限,老三论只是一种历史的“标志”，并不代表系统科学创生的全貌； 老三论则重于技术领域，而基本上没有涉及系统演化的论文问题 老三论中没有包含系统工程的内容，但这是系统科学的一个重要部分 老三论本身也有待发展,3.3新三论:现代系统理论的产生,耗散结构理论（Dissipative Structures Theory） 19451969比普里高津（I.Prigogine） 协同学（Synergetics） 19681972 德国哈肯（H.haken) 超循环理论(hypercycle theory ) 1971,德国艾根Eigen&P.Schuster发表 A Principle of Natural Self-Organization 突变论Catastrophe theory 法国托姆Thom,新三论的特点与局限,新三论也只是一种“标志性提法”，实际上是一个学科群 新三论侧重于系统创生，而更重要的是系统演化的全过程 新三论没有包含自组织的内部机制。 新三论的遗留问题后来很快被非线性与复杂性研究所弥补,3.4 非线性科学的兴起,美国洛斯阿拉莫斯国家试验室、非线性科学研究中心主任Compbel990年提出非线性科学的4大范例： 1、拟序结构：孤立波的研究 Soliton 。 2、确定性混沌（Chaos）与分形(Fractal)。 3、复杂图形：全局拟序结构 Pattern。 4、自适应、自学习、自组织、神经网络、遗传算法与基因算法。 1987年Bak、汤超、Wiesenfeld的Self-organized criticality-