12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503Tel:021-5230108067618313918284636,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。,系统是具有整体性的事物，系统科学是关于事物整体及其环境的科学。系统科学从局部、整体、全局和环境的角度观察分析事物结构功能、探索事物发展演化的规律。对事物的系统分析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。,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-SOC，沙堆模型。,3.5复杂系统理论与复杂性科学,20世纪90年代以复杂性态为研究对象的复杂性科学在更大的范围内覆盖了非线性科学研究的内容。出现了一批以美国圣菲研究所（SFI）为代表的研究机构，作出了引人注目的贡献，极大地扩展和丰富了现代系统理论。复杂适应系统研究 社会经济系统研究 智能系统研究,3.6 复杂网络的研究,复杂网络研究兴起于新的世纪之交：两篇著名论文小世界网无标度性生物与社会网络研究,