為了加深對“系統”是頂層設計中“頂層”的意義的理解,在這一講中將系統作一些講解與分析。因為系統具有等級性,表現為一級系統套另一級系統,而頂層設計中系統的頂層表現,就是在同一事物中占據事物最高層級也是半徑最大化的系,也就是系統的頂層。如果不能準確界定系統的頂層系統構成,那么,頂層設計在事物的設計中就很難表現為頂層設計。所以,要確定頂層系統或系統頂層,首先要對系統進行相關的了解,搞清楚什么是系統。
系統工程學,是頂層設計工作者在頂層設計過程中重要的學科工具,可以說做頂層設計的人,如果不懂和不會系統工程學方面的知識,做頂層設計就無從說起。系統工程學在頂層設計中既是思維的方法,也是頂層設計賴以實施和實現的工具。
“系統”這個名詞最早出現于古希臘語中,原意是指事物中共性部分和每一事物應占據的位置。拉丁語“systema”則表達為“在一起”“放置”,很久以前就用來表示群體、集合等概念。
“系統”作為一個科學概念是20世紀以來科學技術發(fā)展的成果。
究竟什么是系統?系統的科學內涵是什么?作為科學概念又是怎樣定義的呢?在實際運用中對系統的定義,因學科的不同,解決問題的手段不同,使用方法的不同而有一定的區(qū)別,國內外關于系統的定義已達到40余種。這里從五個方面對系統的定義作一些介紹:一是從辭書、字典、詞典中看系統的定義;二是國內外一些知名專家、學者對系統的定義;三是高等學?!笆濉币?guī)劃教材,經濟管理類由賈俊秀、劉愛軍、李華編著的《系統工程學》中所用的系統的定義;四是本書作者在研究系統工程學和運用系統工程學的過程中所用系統的定義;五是簡述系統思想、系統結構、系統功能、系統功效、系統的共性與特性、系統分類、系統運用、系統科學。上述五方面在以后的章節(jié)中將分別介紹。
一、辭書、字典、詞典中對“系統”的定義
1.《新華詞典》商務印書館2013年第4版對“系統”的解釋。
“系統”:(1)生物體內由多種器官聯合組成的結構,這些器官在組織形態(tài)上有相似的特性,在機能上完成一種連續(xù)性的生理作用;
(2)同類事物按一定的關系聯合起來,成為一個有組織的整體;
(3)有條理地,連續(xù)地。
2.《韋氏新國際字典》
“系統”:(1)體現許多各種不同因素的復雜統一體,它具有總的計劃或旨在達到總的目的;
(2)由持續(xù)相互作用或相互依賴連接在一起的諸客體的匯集或結合;
(3)有秩序活動著的整體、總體。
3.《牛津英語字典》
“系統”:(1) 一組相連接、相聚集或相依賴的事物,構成一個復雜的統一體;
(2)由一些組成部分根據某些方案或計劃有序排列而成的整體。
4.中國的《辭?!窂淖匀晦q證法方面給出的相應解釋。
“系統”:
(1) 在自然辯證法中,“系統”同“要素”相對,是由若干相互聯系和相互作用的要素組成的具有一定結構和功能的有機整體;
(2)系統具有整體性、層次性、適應性和歷時性等特性。
5.《蘇聯大百科全書》
“系統”:是一些在相互聯系之下的要素組成的集合,形成了一定的整體性、統一性。
6.日本工業(yè)標準
“系統”:許多組成部分保持著有機的序,并向著同一目標行動,就稱作系統。
二、國內外一些知名專家、學者對“系統”定義的表述
錢學森:系統是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的,是具有特定功能的有機整體。
貝塔朗菲:系統是處在一定相互聯系中的,并與環(huán)境發(fā)生關系的各組成部分的總體。
B.H.薩多夫斯基:相互聯系著并形成某種整體性統一體的諸元素按一定方式有秩序地排列在一起的集合。
A.N.烏約莫夫:系統為客體的集合,在這個集合上實現著帶有固定性質的關系。
R.吉布松:系統是相互作用的諸要素的整體化總和,其使命在于以協作方式來完成預定的功能。
三、相關系統工程學教材對“系統”的定義
高等學校“十二五”規(guī)劃教材/經濟管理類,由賈俊秀、劉愛軍、李華編著的《系統工程學》(西安電子科技大學出版社出版,2014年版)中所用的系統的定義與舉例。
在該書中,使用如下定義:系統是由兩個以上有機聯系、相互作用的要素所組成,具有特定功能、結構和環(huán)境的整體。
系統是由要素有機地組織起來的。所謂“有機地”是指整個部分的、不可分割的、內在的、必然的聯系。理解該定義有四個要點。
(一)系統及其要素
系統是由兩個以上要素組成的整體,要素是構成系統的最基本單位,因而也是系統存在的基礎和實際載體。構成這個整體的各個要素可以是單個事物(元素),例如元件、零件、單個機器或者是個人、組織結構,也可以是一群事物組成的分系統、子系統等。簡單的工具只有幾個要素,鐘表有幾十個要素,而電視機有幾百乃至幾千個要素;一架噴氣式飛機有幾十萬個要素,宇宙飛船有幾百萬個要素,而一座大城市算起來大約有幾億個要素。
社會愈發(fā)展,系統愈復雜,組成部分的數目和品種愈多。剖析系統的角度不同,可以認為系統由不同的要素所組成,但這并不意味著能隨意劃分系統要素。系統與要素之間的關系非常密切,它們相互依存、互為條件,而且作用也是相互的。它們的相互作用表現在以下三個方面:
第一,系統通過整體作用支配和控制要素。當系統處于平衡狀態(tài)時,系統通過其整體作用來控制和決定各個要素在系統中的地位、排列順序、作用的性質和范圍的大小,統率著各個要素之間的特性和功能,協調著各個要素之間的數量比例關系,等等。系統整體穩(wěn)定,要素也穩(wěn)定。當系統整體的特性和功能發(fā)生變化時,要素之間的關系也隨之產生變化。例如,一個企業(yè)管理組織系統的整體功能,決定和支配著作為要素的生產、銷售、財務、人事、科技開發(fā)等各分系統的地位、作用和它們之間的關系。為使管理組織系統的整體效益最佳,就要對各分系統之間的關系進行控制和協調,并要求各分系統充分發(fā)揮各自的功能。
第二,要素通過相互作用決定系統的特性和功能。要素對系統的作用有兩種可能的趨勢。一種是如果要素的組成成分和數量具有一種協調、適應的比例關系,就能夠維持系統的動態(tài)平衡和穩(wěn)定,并促使系統走向組織化、有序化;另一種是如果兩者的比例發(fā)生變化,使要素相互之間出現不協調、不適應的比例關系,就會破壞系統的平衡和穩(wěn)定,甚至使系統衰退、崩潰和消亡。
第三,系統和要素的概念是相對的。由于事物形成和發(fā)展的無限性,因而系統和要素的區(qū)別是相對的。由要素組成的系統,是較高一級系統的組成部分,是這個更大系統中的一個要素,同時又是較低要素組成的系統。例如,大學中的某個班級是由學生和老師等要素組成的系統,而此班級又是更大系統——年級系統的組成要素。正是由于系統和要素地位與性質關系的相互轉化,構成了物質世界一級套一級的等級性。
(二)系統和環(huán)境
系統與環(huán)境相互發(fā)生關系,它們之間不是孤立的。任一系統又是它所從屬的一個更大系統(環(huán)境或超系統)的組成部分,并與其相互作用,保持較為密切的輸入輸出關系。系統連同其環(huán)境超系統一起形成系統的總體。
環(huán)境的變化必定對系統及其要素產生影響,從而引起系統及其要素的變化。
系統要獲得生存與發(fā)展,必須適應外界環(huán)境的變化,這就是系統對環(huán)境的適應性。
(三)系統的結構
構成系統的諸要素之間存在著一定的有機聯系,因而會在系統的內部形成一定的結構和秩序,結構即組成系統的諸要素之間相互關聯的方式。因此,系統結構是系統保持整體性并且具有一定功能性的內在根據。
(四)系統的功能
任何系統都具有其存在的作用與價值,有其運作的具體目的,即都有其特定的功能,這時整體具有不同于各個組成要素的新功能,這種新功能受到環(huán)境和結構的影響。
例1:對于“大學”這樣一個系統,我們用系統的定義分析如下:大學具有整體性,從人員構成上來看,它由學生、老師、后勤人員等組成一個整體。大學與外界保持著密切的聯系,例如與學校上級主管各部門的溝通與交流,為企業(yè)、科研機構等輸送畢業(yè)生等。從人員方面來看,后勤人員保障了學生及老師的衣、食、住、行,而學生與老師之間自然是教與學的關系。大學系統最基本的功能就是向社會輸送人才,為社會做出其應有的貢獻,這也是該系統運作的基本目的。
例2:分析中國載人航天系統構成。載人航天系統的成功運行需要由七大要素系統協作完成。航天員系統、飛船應用系統、載人飛船系統、運載火箭系統、發(fā)射場系統、測控通信系統、著陸場系統。各要素子系統的功能分析如下:
航天員系統:選拔航天員和制備飛天號艙外航天服。
飛船應用系統:利用載人飛船的空間實驗支持能力,開展對地球觀測、環(huán)境監(jiān)測,進行材料科學、生命科學、空間天文、流體科學等實驗。
載人飛船系統:由軌道艙和返回艙構成,軌道艙呈橢圓形,是航天員工作、生活和休息的地方,返回艙是載人飛船唯一返回地球的艙段。
運載火箭系統:神舟七號采用的是長征二號F運載火箭。
發(fā)射場系統:為運載火箭、飛船、有效載荷提供滿足技術要求的轉載、總裝、測試及運輸設施;為航天員提供發(fā)射前的生活、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保和訓練設施;為載人飛船發(fā)射提供全套地面設施;組織、指揮、實施載人飛船的測試、發(fā)射及飛行上升段的指揮、調度、監(jiān)控、顯示和通信;組織、指揮、實施待發(fā)段和上升段的應急救生;完成運載火箭上升段的跟蹤測量和安全控制;為航天指揮控制中心提供有關參數和圖像;提供載人航天發(fā)射區(qū)的后勤服務保障。
測控通信系統:中國航天器測控系統已經形成了以西安衛(wèi)星測控中心為中樞,以十多個固定臺站、活動測控站和遠望號測量船為骨干的現代化綜合測控網。
著陸場系統:飛船在太空飛行后,從返回艙進入大氣層開始,利用先進的無線電測量系統,對目標進行捕捉、分析和落點預報,然后組織人員迅速逼近返回艙,并且對返回艙進行處置,且將其安全運回基地。
中國的載人航天系統除了完成各類科學實驗外,還實現了太空行走、與目標飛行器進行了自動空間交會對接和手動交會對接的功能,因此,其功能遠遠大于各要素子系統的功能之和。
四、本書中對所用“系統”的自定義
筆者在研究系統工程學和運用系統工程的過程中所用的系統定義。
(一)注重系統的內在、外在統一性
在學習、研究、運用“系統”這一概念的過程中,筆者發(fā)現書面表達的“系統”概念的定義無論是辭書、詞典,或者是相關教材書面的定義都沒有實際運用過程中實踐的效用呈現得更清晰和精準。由于本人從事工作的原因,既要講“系統”,又要研究“系統”,更要應用“系統”,也常常困惑于沒有一個更加精準的“系統”概念?,F有的概念要么側重于系統的整體,要么側重于系統的集合,要么側重于要實現一定的功能,截至目前約有40余種的定義。因為系統有許多的相關性,要將許多的相關性都統一在一兩句話中將定義表達清楚,的確有一定的難度。但實際運用又要求我們必須將復雜問題簡單化,將事物的本質準確描述到位,從而提高事物的精準度和有效性。所以,筆者研究了關于系統的若干相關性,目的是通過相關性的研究將“系統”這個事物清晰、完整、準確定義?,F以條綱式的形式呈現如下:
1.無限性中的有限性;
2.廣泛性中的獨立性;
3.連續(xù)性中的階段性;
4.發(fā)散性中的收斂性;
5.無序性中的有序性;
6.縱向性中的層級性;
7.橫向性中的邊界性;
8.聯系性中的邏輯性;
9.客觀性中的結構性;
10.自然性中的社會性;
11.主觀性中的科學性;
12.開放性中的閉合性;
13.對立性中的統一性;
14.目的性中的實現性;
15.變化性中的確定性;
16.不確定性中的控制性;
17.未知性中的預見性。
以上是在鎖定系統的過程中或多或少、或全面或局部,均要去考慮的相關性要求。在這里暫不對上述17個相關性展開論述,在筆者的另一著述中,有更加詳細的闡述和論述。通過上述相關性的研究,是為了找準“系統”的定義,更好地認識系統、設計系統、分析系統、發(fā)現系統、運用系統。
(二)“系統”的自定義
1.“系統”的自定義:系統是由機制聯系在一起的事物的整體。
2.為什么是由“機制”聯系?
“機制”在《現代漢語詞典》第6版中,從四方面解釋如下:
(1)機器的構造和工作原理;
(2)機體的構造、功能和相互關系;
(3)泛指一個工作系統的組織或部分之間相互作用的過程和方式;
(4)指某些自然現象的物理、化學規(guī)律。
由于中文語境下“機制”的多義性,在上述解釋中,我們在系統定義中所用“機制”的意思,是指結構(構造)和原理,也就是說“系統”是由結構和原理聯系在一起的事物的總和。
例如,我們將“機器的構造和工作原理”中的“機器”看作是一個系統,那么這句話就可以改為“系統的構造和工作原理”,由此就可以遞進為:機制是“系統”的構造和工作原理;也就是說,系統也是構造和工作原理的產物;即系統是機制的產物。
所以,“系統”是由機制聯系在一起的事物的總和。通過“機制”統領了——“構造”和“工作原理”——“結構”和“原理”。
“構造”是各個組成部分的安排、組織和相互關系。
“原理”是某一領域、部門或學科中具有普遍意義的基本規(guī)律或道理。所以,我們認識系統,首先要認識它的構造和工作原理,以及由構造和工作原理聯系在一起的事物,還有這些事物之間的相互作用與相互依存。
我們要確立一個系統也必須首先設定其相關構成,并研究其相關的工作原理,再將相關事物整合起來構成系統。
3.系統概念定義框圖:
a.系統是由機制聯系在一起的事物的整體;
b.機制是構造和原理;
本文轉自《解析頂層設計》