系统工程的发展与应用研究

系统工程的发展与应用研究作为人类知识总体系的一部分，系统工程直接用于改造客观世界的实践活动，应用于解决实际问题。国内外系统工程的思想方法和实际应用源远流长，最早可以追溯到远古时代，在我国系统工程发展的历史长河中更是形成了例如孙子兵法、万里长城和都江堰等一系列伟大成就。近代以来，随着工业、国防和科学技术的发展，各类工程、生产等复杂的大系统以及巨系统不断增多，系统工程这门综合性交叉学科更是得到全面、迅速的发展。本文首先对国内外系统工程的发展历程进行了简单介绍。其次，从社会领域、经济领域、科学技术领域、军事领域和环保领域等方面对当前系统工程的应用进行了总结。本文最后结合当前时代发展，大胆设想与展望了系统工程在未来的发展与应用。1系统工程的发展系统工程就是一门研究如何建立系统、进行系统分析和系统设计，以及为了实现系统的目的功能所必需的各种思想、技术方法和理论的方法性学科。由于近代工业、国防和科学技术的迅速发展,出现了许多规模庞大、构造复杂、影响因素众多的大系统(如钢铁、石油、化工、机械制造等生产系统以及电力系统、交通运输系统、通讯情报系统和军事指挥系统等)，这类大系统往往是一个多级分层决策的多输入输出系统,系统输入的信息几乎都是随机的，并且这类系统往往需要同时具有控制功能和管理功能,即是一类能够完成多种功能的人机系统、科研试制系统、社会经济系统和环境生态系统等。因此，系统工程作为一门综合性的交叉学科，在国内外都有了较大的发展。1.1国内发展在古代中国，老子阐明了自然界的统一性，西周出现了世界构成的“五行说”，东汉时期张衡提出了“浑天说”，当时虽然没有明确的系统概念，没有设立一套完善的系统方法论体系，但是却对客观世界的系统性及整体性有了一定程度的认识。系统工程发展过程中，最显著的代表就是都江堰这一大型水利工程的建设，整个工程由鱼嘴（岷江分流），飞沙堰（分洪排沙）和宝瓶口（引水）等三大主要部分组成，相互之间协同促进和影响，两千多年来一直发挥着防洪灌溉的重要作用。新中国成立后，在钱学森的领导下，科技人员在工程实践中形成了中国航天系统工程方法的雏形，并将这套方法推广到电子、船舶等其它军工行业。从20世纪70年代后期开始，钱学森、许国志等专家们开始探索建立系统工程理论方法，组织开展“系统学科讨论班”活动，提出了“开放的复杂巨系统”和“从定性的到定量的综合集成法”等，在中国掀起了研究和应用系统工程的高潮，继而迅速推广到军事、经济、社会等各个领域。从1979年开始，钱学森提出了建立系统学科体系的目标，逐步发展完善系统的科学体系。钱学森教授等人先是提出从定性到定量综合集成的方法论，于1992年又提出从定性到定量的综合集成研讨厅体系,进而把处理开放复杂巨系统的方法与使用这种方法的组织形式有机结合起来。20世纪90年代中期，顾基发教授等提出的物理一事理一人理(WSR)方法论。其中，物理主要涉及物质运动的机理，通常要用到自然科学知识，主要回答“物”是什么。而事理是做事的道理，通常用到管理科学的知识主要回答怎么去做。人理则是做人的道理，通常用到人文社会科学的知识，主要回答应当何如。对于难度自增值系统,王浣尘提出了“旋进原则”,即不断地跟踪系统的变化,选用多种方法,采用循环交替结合的方式,逐步推进问题的深度和广度。20世纪90年代，中国航天结合新的任务形势，提出了“归零双五条”，技术更改五条原则等方法措施。1997年，中国航天局又颁布了“72条”和“28条”等文件，进一步发展了航天方面的系统工程方法，并且这些方法在军工行业也得到了相应的推广应用。总体而言，几十多年来系统工程在我国多个领域都得到了迅速全面的发展，在各个阶段各个领域发挥着重要作用。1.2国外发展在古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特曾提出“宇宙大系统”的概念，并最早使用“系统”一词。之后有辩证法奠基人之一的赫拉克利特，认为“世界是包括一切的整体”。除此之外，后人还把亚里士多德的名言归结为“整体大于部分的综合”，作为了系统论的基本原则之一。在近代，系统工程研究方法最先出现的是二十世纪三十年代末、四十年代初的运筹学方法。20世纪50年代末、60年代初形成了先有古德和麦克霍尔(1957),后有霍尔(1962)等提出的系统工程（SE）方法论以及1969年霍尔提出的三维结构(逻辑维、工作维、知识维)矩阵。在20世纪50年代中期，著名的美国智囊团——兰德公司，提出了系统分析（SA)的方法论。之后，1961年福雷斯特提出了系统动力学（SD)。二美国麻省理工学院的福雷斯特教授将熔控制理论、控制论、系统论、信息论、计算机模拟技术、管理科学及决策论等多门学科知识融为一体，开发了系统动力学（SYSTEMSDYNAMCIS)，简称SD。英国的切克兰德在1981年提出软系统方法论(SSM)。另外，20世纪70年代到80年代，出现的软方法论还有定性系统动力学(QSD)、社会技术系统设计(STSD)、管理控制论(MC)、组织控制论(OC)、战略假设表面化和验证（SAST)、战略选择发展与分析(SODA)、对话式计划(IC)、生存系统设计(VSD)、社会选择(SC)等。英国的切克兰德于1984年在维也纳的国际应用系统分析所(IIASA)组织的“运筹学和系统分析过程的反思”的讨论会中又提出，把OR、SE、SA、SD所用的方法称为硬系统方法论。在上述基础上，20世纪90年代初，西方提出了关键系统思考(CSH)和关键系统干预法(TSI)。日本椹木义一教授还提出了既软又硬的Shinayaka系统方法论。2系统工程的应用由于系统工程的研究对象——系统无处不在，人类社会、经济、区域规划、生态环境、能源、水资源、交通运输、农业、企业、工程项目管理、科技管理、教育、人口、军事、信息、物流、自然现象，和组织管理等中都有各式各样的系统，所以系统工程的应用领域也是相当广泛。可以说，系统工程是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法，在这里我们主要讨论系统工程在社会、经济、科技、军事以及环境等领域的应用。2.1社会领域系统工程在社会领域的研究，它的主要研究对象是整个社会，而系统的目的则就是实现社会更好的发展。社会是一个巨系统，它具有多层次，多区域，多阶段的特点，其中又有多个组织管理社会建设的子系统。社会领域的系统大致可以分为四个方面，分别是国际系统、国家行政、地区社会和交化教育，主要是对整个国家和社会关系的运用的研究。例如，通过搜集数据，模拟并分析罪犯的心理来预防犯罪、维护社会治安等。2.2经济领域经济是一个国家的发展命脉，也是一个企业乃至我们每个人的生活必须。系统工程在这里大的方面要研究宏观经济发现战略、经济目标体系、宏观经济政策、投入产出分析等。这就要求分析我国经济现状指标，如GDP等，然后利用计算机技术进行模拟，模拟出我国的经济总体发展，最后国家根据此进行适当的经济发展干预，例如干预房价、油价的上涨，也可通过模拟以及对结果的分析，对经济形式预测，从而减小由于全球化带来的经济危机对我国的影响。小的方面包括农业和工业两部分，一部分是农业方面，另一部分是工业方面。农业方面主要是借助对市场形势的研究模拟和预测，为了对市场做出快速反应来改变进行农业综合规划，改变农业结构，促进农业又好又快发展。对于工业方面，除了类似农业的市场预测，结构研究之外，还应该包括企业的管理，主要是对生产管理系统的研究，例如MRP、ERP等，将系统工程的思想运用来管理企业的物流系统乃至整个公司的运作系统。2.3科学技术领域“科学是第一生产力”、“科教兴国”，这些都表明科学技术在现代社会中的重要性。而系统工程在科学技术领域的应用，当然也是必不可少的。其应用主要是两个方面，一方面是运用模拟预测设计的手段，研究科技发展战略，预测规划以及评价科学技术等。而另一方面是人才需求预测，通过分析人才市场，以及对未来人才需求的预测，来重新布置人才结构分布。另外，在教学中也逐渐运用了越来越多的系统工程，例如运用计算机模拟软件检查学生的学习情况，并且及时反馈，相比之前的人工评价则更为客观、更为全面。2.4军事领域系统工程在军事领域的应用，主要在于研究国防总体战略、作战模拟、情报通讯指挥系统、参谋指挥系统和后勤保障系统等。例如，卫星、发射的控制，起初是一定要分析各个力的作用，收集数据，然后用计算机模拟真实情况、突发情况，最后有了很高的成功机率才能进行实际发射。2.5环保领域大自然是我们赖以生存的环境，因此，生态环境的保护也是当前我们不容忽视的一大问题，系统工程在生态环境治理方面也做出了不小的贡献。具体主要表现在环境系统和生态系统的规划、建设、治理，能源的合理利用结构，能源需求预测，能源发现战略等。系统工程应用于环境方面，主要是运用优化分析的方法，如线性规划，模糊分析法等，对绿化的建设进行合理的规划，使我们在不破坏自然的同时还可以收获更大的利益。而在资源方面，除了同环境方面一样的以外，还有通过分析现有的利用情况，自己人口的发现情况，预测未来资源的需求，以采取合理的资源战略部署，为未来做打算。3展望在系统复杂化、巨大化的今天，我们今后应该推动系统工程方法在我国全面深化改革工作中的应用，为党和国家的高层决策提供系统工程方法和手段。同时，加强系统科学、系统工程理论方法研究，发挥中国传统智慧优势，结合现代科技成果，完善系统科学体系，形成系统工程的中国流派。利用大数据、云计算等信息化技术和手段，创新应用方式和手段，推动系统工程在社会经济各领域的应用。加强系统工程学科建设与人才培养工作，加强全国系统工程研究与应用工作的交流与协作等等。另外，在应用规模方面，将从大系统推广到巨系统，更多地研究全国性、区域性乃至全球性问题，比如研究全国的国民经济计划系统、市场系统、能源系统、农业系统、交通系统、金融系统，以及一些诸如世界能源问题全球变化等世界规模性的系统。而在应用领域方面，将系统工程扩展应用于人类活动的一切领域，特别是新技术和国内外人们关心的热门课题，例如计算机集成制造系统(CIMS)、机器人、空间站、信息高速公路、遥作技术、临境技术等高新技术领域，以及诸如全球变化、产业结构、环境问题等热门题目。在信息技术的支持下，政府或社会职能部门也应该利用系统工程的方法和手段，对政治、经济、军事、教育、科技、人口、卫生等复杂大系统和巨系统定量地进行状态分析、态势预测政策评价、方案决策，优化和仿真等，使得系统工程在各社会管理部门实现广泛的工程实践。在应用方法方面，更加严格地遵循系统工程方法论，而且会结合不同领域专业的特点形成各具特色的方法论。目前已经出现的软系统方法论就受到人们的重视，各类专门系统工程结合各自的专业特点会形成自己的方法论，自己的专门模型套，自己的专用软件等。在软硬件方面，将更多地结合计算机和人工智能，以便更充分地利用人类的各种知识，将专家群体、统计数据和信息资料以及计算机三者有机结合起来，构成一个高度智能化的人机交互系统，系统能够具有综合集成各种知识、从感性上升到理性，实现从定性到定量的功能。