功能模拟法产生的背景

功能模拟法是由控制论发展而来的一种创新方法，它是模拟方法发展的新阶段，是现代科学进行整体研究的重要途径。控制论产生于1948年美国数学家诺伯特·维纳（Norbert Wiener，1894—1964）发表的《控制论》一书，它是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，更具体地说，是研究动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。“控制论”一词最初来源于希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，即掌舵的方法和技术，维纳为显示其独特性创造了“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。维纳等人在从事防空系统的工作中，把自动控制机器和动物的某些机制进行类比，从而提出控制论的思想。控制论突破了机器与生物的界限，把目的和行为的概念赋予机器，为机器与生物之间进行功能模拟提供了理论依据，为用精确的物理技术、科学的方法和工具来研究和模拟生物现象的仿生学奠定了科学基础。几十年来，控制论的发展非常迅速，它的概念、原理和方法得到了广泛的应用，促进了自然科学和社会科学的互相渗透，也促进了哲学的丰富和发展。

控制论在方法论上有一个显著特点：在研究某个对象时，只考虑它的动作方式或功能，而不考虑它的具体结构。也就是说，它不研究“它是什么”，只研究“它做什么”，即只从信息变换这个断面去研究控制系统的规律，而不研究它的内部状态。由此可知，不同的结构可以有相同的功能。比如生物界、技术界、社会和思维，它们的组成和结构都不同，但却有着某种相似的功能。这样，控制论就从功能这个角度，把上述截然不同的领域统一起来了。在这里，控制论运用了一种崭新的研究方法——功能模拟法。

维纳等人创立控制论，就是想解决机器怎样才能模仿生物体的功能这样一个问题。功能模拟法的产生解决了这一问题。第二次世界大战期间，维纳研究武器自动化时，把自动装置有目的性的动作和人的相似行为加以类比，发现以前认为只属于生物机体的有目的性动作的性质，在某些自动控制系统中同样存在。例如，由火炮控制仪、炮瞄雷达以及高射炮等组成的火炮自动控制系统，它的控制过程与猎手在狩猎时的行为非常相似。通过自动火炮和猎手的对比可以发现：相对应的机体具有相似的功能（如人眼与雷达都有搜索、跟踪目标的功能），它们都是按预定目的动作行事（合乎目的最终效果都以一定的操作或行为来达到打击目标物的目的），如图5.1所示。这种功能或行为上的相似性，在生物和机器以至社会生活中都是普遍存在着的。这种以功能和行为的相似为基础，用模型模仿原型的功能和行为的方法，称之为功能模拟法。

图5.1　猎手与自动火炮对比图

控制论中功能模拟法的基本思想是抛开具体研究对象的结构、工作机理、材料、环境、范围等，仅以功能相似为出发点，在更大范围内寻找设计方案等，为这些难题的解决提供了有力的帮助。