系统科学方法论

四、现代新工具论：系统科学方法论

从工程技术认识的一般方法的系统结构的分析中，我们已经认识到无论是在整个系统结构中，还是在由课题规划、技术原理构思、技术方案设计、技术方案评估、技术研制、技术试验、技术成果鉴定、技术实施和技术应用后果的反思构成的这个系列中，都存在着一个贯穿始终的基本方法。这个方法就是系统科学方法论。它在更高的和更一般的意义上统摄着技术认识的一般方法。正是系统科学方法论的运用使技术认识不断地获得更多的成果，迅速地向纵深方向发展。

系统科学⁽⁹⁾不仅是现代科学发展的重大理论成果，同时也是具有浓厚的方法论性质的学科，它为系统科学方法论的建立提供了科学理论基础。系统科学方法论就是按照系统科学的观点和理论，把研究对象视为系统来解决认识和实践中的各种问题的方法的总称，它运用系统、信息、反馈等综合的概念和现代手段来研究自然机体和人工构成的巨大机体，从整体上最优地解决组织性的复杂系统问题。

1.系统科学方法论的基本原则

运用系统科学方法论研究和处理对象时，必须遵循整体性、综合性、动态性、最优化、定性定量相结合、人-机交互性等基本原则，这些原则是系统科学方法论的诸特征得以体现的保证。

（1）整体性原则

这是系统科学方法论的基本出发点和首要原则。按照这一原则，“那就是把复杂情况当作结合在一起的一整块来考虑……观察一定数目的、不相同的、相互作用的事物，看它们在多种多样的影响作用之下作为一个整体的行为”⁽¹⁰⁾。具体说来，即要求人们把握下列几种情形：一是系统整体的综合功能具有新质，这种新质决不是系统中各个要素的性质的机械加和，而是由于各个要素按照一定规律组织起来的系统所具有的综合整体功能；二是系统整体中每一个要素或子系统的性质与行为影响着系统整体的性质与行为，这种影响又是在系统整体内部各要素之间的相互联系、相互制约、相互作用的过程中表现出来的；三是由于系统整体性的特点，因而组成系统的各个要素或子系统不能逐一分解成独立的要素或子系统。

（2）综合性原则

即要遵循综合、全面地分析和研究问题的原则。首先，在确定研究的对象系统时，要把涉及问题的各个层面都纳入到系统内部。其中有的方面与问题的联系比较明确，有的方面可能是问题间接涉及的，表面看不出对问题的解决有多大的影响。系统科学方法论要求尽可能地将有关要素纳入到系统中，尤其是那些虽不太明显，但对系统的发展有着潜在重大影响的要素。其次，在研究的对象系统确定之后，其中包括一系列相互联系的方面，无论哪一方面都不应忽视，而应该综合、全面地给予考虑。在系统成分方面划定系统由哪些部分构成；在系统结构方面指出系统各组成部分之间相互作用的方式；在系统功能方面说明系统和系统各组成部分发挥何种功能；在系统联系方面分析系统与其他系统在纵横各方面的相互关系；在系统的历史方面阐释系统产生、保持、完善和发展的机制与因素等。要在综合、分析、比较的研究中发现对系统起决定作用的那些关键因素，以及这些因素与其他因素的关系。

需要指出的是，综合、全面地研究问题的原则，并不否认分析的作用，而是将分析与综合有机地、辩证地结合起来。运用系统科学方法论研究问题，首先从全局出发，对事物进行综合考察，然后以综合为指导对事物的组成部分进行分析，探讨各部分之间的内在联系，最后又以分析为基础，回到全局的综合研究。在系统科学方法论中，分析与综合真正达到了有机的统一。

（3）历时性原则

即系统科学方法论的动态性原则。系统科学方法论不把系统看成是静态的“死系统”或“死结构”，而是看成动态的“活系统”。虽然在科学研究中，人们经常采用理想的“孤立系统”或“封闭系统”的抽象，但是实际存在的系统，无论在其环境的各个要素（或子系统）之间，还是在其内环境与外环境之间，都有物质、能量、信息的交换与流通。从原则上说，实际系统都是活系统，总是动态的，永远处于运动变化之中。因此，在研究系统时，必须把系统发展的各个阶段统一加以研究，以把握其过程与未来趋势。这就要做到：第一，系统由于内外环境的交互作用，而且这种交互作用常常伴有随机性和不确定性的影响，可能发生各种各样的变化，因而就要求人们对系统能及时地作出符合情况变化的对策，以求得系统在动态发展的过程中保持或发展系统整体的功能。第二，在研究系统时，既要看到系统内部诸要素（或子系统）相互联系、相互制约、相互作用以及系统整体与外部环境之间交互作用的情形，更要注意根据系统内外情况的变化，及时采取相应的正确对策，使系统在动态发展过程中能保持或增进原有的功能目标。

（4）最优化原则

亦称系统整体优化原则。系统优化是系统为目的性所驱使的一种固有的规律性。人们运行任何一个系统，都必须首先确定系统要达到的目标，然后按着系统发展的客观规律，通过反馈信息，调节和控制系统，将系统的发展导向目标。而系统为了实现所要达到的目的，必须具有对环境的适应能力、抗干扰能力、竞争能力、协调能力以及自组织能力。这些能力的增强，就表现为系统结构和功能的优化。

系统优化和系统的目的性是密切相关的。系统优化既是实现系统目的的手段，又是实现系统目的的结果。系统优化的实质，就是占用最小的空间和时间，以最少的物质、能量消耗，充分利用信息，最大限度地达到目的。任何系统都要在一定的空间和时间中，与环境交换物质、能量和信息才能发挥其功能，达到预期目的。而物质、能量和信息是有限的，因此，在达到同样目的的前提下，具有最高的空间、时间、物质、能量和信息利用率的系统，显然具有更强的竞争能力和生存能力。

（5）定性定量相结合的原则

从一定意义上可以认为，系统科学方法论是认识复杂系统和解决复杂问题的方法，而这类系统和问题往往涉及众多的因素、纷繁的联系、多个变量、综合的原因，甚至结果也有多种可能性。面对如此庞大而复杂的问题，要想从总体上获得最优化的结果，只有把系统各方面的关系数学化，用抽象的数学关系表达真实的系统关系，然后建立数学模型，进行计算或试验，探讨系统的规律性。系统的量的规定性是多侧面、多视角的，因此在用数学方法描述系统时，要从考察和研究的目的和要求出发，选择相关的量。系统科学方法论原则上要求在全面地搜集相关的各种量的基础上，抓住影响全局的那些基本的量的规定性。借以描述系统的数学工具除了常见的数学分析方法、常微分方程、偏微分方程以外，还有概率论、统计数学、运筹学、模糊集合论、突变论等。在定量处理系统性质方面，还涌现出一批新的技术，如系统优化技术、系统预测技术、系统决策技术等，它们可以定量地解决许多系统问题。

定量研究系统的数学方法虽然愈来愈多，但离不开对系统的定性分析。这是由于：第一，定性分析是定量研究的前提，没有系统的确立和系统性质的分析工作，定量研究就无从着手；第二，定量研究是以系统概念、系统原理为基础的，离开了这个基础，定量研究将失去系统方法的所有特征；第三，不少系统分析技术是系统思想的量的表现，随着系统思想的发展而发展；第四，愈是复杂的系统，定量的研究愈有困难，尤其是用系统方法考察社会系统中的一些问题，许多因素的指标还不能定量，或不能精确定量。所以，定性的估计、假设和判断，正好能够弥补定量方法的局限和不足。

值得一提的是，我国著名科学家钱学森根据复杂巨系统的研究实践，提出了一种有效的处理开放复杂巨系统的新方法——定性定量相结合的综合集成方法⁽¹¹⁾。这种方法的实质就是“将专家群体（各种有关的专家）、数据和各种信息与计算机技术有机地结合起来，把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来”，运用系统思想和方法对要研究的问题建立模型。有了模型，借助于计算机，通过系统仿真研究系统在不同输入下的反应、系统的动态特性，预测未来行为，并进行系统优化。然后对于这样得到的定量结果，再经有关专家共同分析、讨论，判断其可信程度，以便修正调整模型，直到各方面专家都认为此结果可信时，才作出对问题的结论。

（6）人-机交互性原则

即系统科学方法论处理问题的方式是人-机系统。过去人是思维的惟一主体，人脑是信息加工的惟一器官，任何方法都是人通过实践经过人脑的思维加工得到的。而系统科学方法论的运用与电子计算机——这个人脑的延伸物直接有关。人只有与电子计算机组成人-计算机系统，才能加强和发挥人作为认识主体的能动作用。在人-计算机系统中，人处于核心的、主导地位。人的积极因素是具有主观能动性，能随机应变；但也具有受生理限制和心理影响的消极因素。积极因素在系统中起主导作用，消极因素则需要计算机来补偿。计算机是人-机系统中的重要环节，它速度快、精确度高，但灵敏度差，须靠人纠错和修复。人-计算机系统的基本特点是：扬人之长，避机之短；取机之长，补人之短，人-机协调，组成高效率的有机整体。

值得关注的是，近年来运用计算机再现实在世界和实现可能世界所形成的虚拟技术（包括计算机模拟技术、虚拟现实技术和人工生命技术）。它作为一种认识实在世界的新手段和创建人工世界的新方法，为技术本体论和技术认识论增添了新鲜的内容。虚拟技术扩展了技术认识的对象，促成了一种新的认识方式即虚拟认识的产生。虚拟认识是一种数字化的运演过程，它不同于现实认识，但以现实认识为基础，有赖于现实认识；现实认识也需要虚拟认识来补充和延伸。其基本特征是沉浸性、交互性、构想性。作为这项技术产生的虚拟实在（virtual reality，简称VR），是指与现实世界不同但相似的三维合成世界，这构成了计算机空间，人在这个空间内在虚拟的水平上与任何事物或他人进行交互。这是一种全新的人-机界面形式。

2.系统科学方法论的基本方法

一般包括信息方法、反馈方法、模型方法、功能模拟方法、黑箱方法和系统分析方法等。

（1）信息方法

信息，就本体论意义而言，是标志事物存在及其关系的属性；就认识论意义来说，是认识主体接受到的、可以消除对事物认识不确定性的新消息、新内容、新方法。信息须从其发送者发出，以信号的形式在信道里传递，到传递终端，再转化成信息并由其接受者接收。因而，从传递过程，即从信源（信息发送者）经过信道（信息的传递途径）再到信宿（信息的接收者）的关系来看，信息又是主客体之间认知与被认知的联系和关系，它是事物普遍联系中的一种特殊的联系。

所谓信息方法，就是运用信息的观点，把研究对象的运动抽象为信息传递和信息变换的过程，通过对信息的获取、传输、加工和处理这一过程的研究来揭示对象的性质和规律的一种方法。这种方法不同于传统的研究方法，它不是以割断对象内部联系去分析对象的各个部分，也不是在这种剖析的基础上进行机械的综合，而是着眼于信息交换，从整体观念出发，用联系和转化的观点综合研究对象运动的信息过程。

信息方法的基本内容早在控制论创始人维纳那里就已初具雏形。N·维纳在研究控制论时，就运用了信息方法。他指出，在企图通过反馈来控制熵这一点上，生命体的躯体活动同某些机器的运转是完全类似的。两者对接受来的信息要经过加工改造，使之转化成为适宜于以后活动的新形式。然后经过一系列加工程序的信息进入效应器官，作用于外部世界。最后，把这种对外界实际的信息再回输（反馈）给中央调节机构，以便决定调整自己的行动，争取达到理想的目标⁽¹²⁾。实际上N·维纳把人与外界环境的关系从信息的角度看成是信息开放系统，通过信息过程特别是信息反馈以实现自身的内稳定性的目的，他说：“任何组织所以能够保持自身的内稳定性，是由于它具有取得、使用、保持和传递信息的方法。”⁽¹³⁾

信息方法具有两个明显的特点：（a）以信息概念作为分析和处理问题的基础，完全撇开研究对象系统的具体运动形态，把研究对象的运动过程抽象为信息变换过程，在不考虑系统内具体的物质形态，不打开活体或机器的条件下，研究系统与外界环境之间输入和输出的关系，也就是在信息的接收和使用的过程中来研究系统的特性和规律。（b）从整体出发，用联系和转化的观点综合研究对象的信息过程。信息方法始终将研究对象看作是一个信息流动和变换的整体，从系统各部分之间的联系、系统与环境之间的信息联系来综合考察对象。用这种方法对复杂事物进行研究，不需要对事物的整体结构加以解剖性分析，就可获得关于事物整体性性能的知识。因此，信息方法已经成为现代科学和技术研究事物的复杂性、系统性、整体性的必不可少的一般方法。

信息方法大致要经过抽象信息变换过程、对信息进行定性和定量分析、建立各种信息模型、依据模型阐明原型、在实践中检验模型是否与原型一致以修改、完善模型等几个步骤。

（2）反馈方法

反馈是从电磁学中的反馈电路引伸出来的概念，即是指把施控系统的信息（又称给定信息）作用于被控系统（对象）后产生的结果（真实信息）再输送回来，并对信息的再输出发生影响的一种过程。从哲学上看，反馈就是因果关系中结果对原因的反作用。而反馈方法就是运用反馈概念来分析和处理问题的一种方法，或者说，是一种用控制系统运行的结果来调整控制系统运行的方法。

N·维纳在研究动物和机器的控制问题时，已经提出了反馈方法的概念，他说：“反馈就是一种把系统的过去演绩（performance）再插进它里面去以控制这个系统的方法。”⁽¹⁴⁾他不仅研究了运用反馈方法实现技术系统的控制，而且把技术系统与生命系统的功能、行为特性进行类比，从而揭示了它们之间的相似性，把反馈方法从技术领域推广到生命领域和社会领域，并运用于分析人的行为以及人类学和社会学，使其具有普遍意义。

反馈方法的显著特点是利用系统给定信息与反馈信息的差异来解决系统确定性和不确定性的矛盾，而不需要直接取得扰动信息来控制系统。任何一个控制系统都离不开环境，都处在与环境的相互作用之中，这种作用往往破坏控制系统的稳定性。因此，控制系统必须抗拒系统内外的扰动作用。在通常情况下，要使系统排除的扰动因素是复杂多样的，随机性也很强。所以，人们想通过直接获取扰动信息来控制和消除对系统的干扰和影响，以保持控制系统的稳定性就非常困难。而运用反馈方法正好可以绕过这一困难，它不需要直接获取扰动的具体信息，只要依据控制系统输出量偏离规定值的信息，就可以调节、控制系统。

在运用反馈方法时，应考虑到从不同角度、不同意义上所揭示的反馈的种种复杂情形。在结构上，有简单反馈和复杂反馈；在等级上，有低级反馈和高级反馈；在作用范围上，有主反馈和局部反馈；在效应上，有正反馈、负反馈和前馈；在反馈方式存在的普遍性上，则有机器反馈、生物反馈和社会反馈，等等。

在上述各种反馈的类型中，比较重要的反馈方法是正反馈、负反馈和前馈。所谓正反馈，是指目标差不断增大的过程。具体地说，如果系统的给定信息与真实信息的差异倾向于加剧系统正在进行的偏离目标的运动，那么，这种趋势就会使整个系统愈来愈不稳定，乃至破坏整个系统的稳定状态。在远离平衡态的开放系统中，正反馈的非线性动力学机制可以使系统定态失稳，涨落放大，从而突变为新的有序结构。所谓负反馈，则是指目标差不断减小的过程。这就是说，如果系统的给定信息与真实信息之间的差异倾向于反抗系统正在进行的偏离目标的运动，那么，这种趋势就会使整个系统趋向于稳定状态。在控制系统中，一般是用负反馈来调节和控制系统，使其作合乎目的的运动。

但是，随着控制论及其应用的研究进展，人们在处理复杂系统时，仅靠正反馈和负反馈已不能保证达到既定的最佳目标。这是由于受控装置的惯性和滞后现象比较明显，外界的扰动不能在系统运行过程中立刻显现出来。而这种惯性和滞后现象必定影响到检出偏差、纠正偏差的时效和作用，因而可能影响到系统的控制性能。为了把扰动影响尽快地预先测量出来，并通过一定的前馈装置送到系统中去进行调节，使得在输出量变化前就尽可能地克服或减少扰动的影响，亦即尽可能在系统发生偏差之前，根据预测的信息，采取相应的措施，避免或减少偏差，这就是前馈。

（3）模型方法

模型方法亦称仿真方法或模拟方法，是人们通过研究模型来揭示原型的形态、特点和本质的一种方法。所谓原型，即客观存在的对象客体，而模型则是具有原型相似特征的替代物。模型方法的根本特色就在于，它不是直接研究现实世界的某一现象或过程本身，而是设计一个与该现象或过程相类似的模型，用模型来模拟对象，通过模型间接地研究该现象和过程。

模型的选择和建立，必须满足三个条件：（a）代表性，即模型在具体的研究过程中要能代替原型；（b）相似性，即模型与原型之间具有相似的关系；（c）外推性，即通过对模型的研究，能够获得关于原型的信息。这三个条件缺一不可，它们使模型具有极为重要的选择功能，即可以把模型作为研究对象的替代物来进行有效的研究。

根据代表原型的方式和形式不同，模型大体上可以分为两类，一是实体模型；二是形象或符号模型或理想模型。根据模型与原型的关系，可以分为物理模型和数学模型。物理模型是根据模型与原型之间在物理方面（包括物理过程、生理过程、病理过程等）或几何方面的某些相似而进行的模拟。它具有直观性、综合性和灵活性的特征。所谓数学模型，即是根据模型与原型之间在数学形式方面的某些相似来进行的模拟。在这种模型中，模型在物理本质上不同于原型，模型与原型的相似不是根据同质同形的物理规律，而是按照不同物理过程的异质同形导出的相似条件：

①模型系统和原型系统及其各自所包含的物理量在质上有区别，但彼此一一对应。

②两个系统各自所包含的各个物理量之间的关系彼此对应，且表现为同一的数学形式。数学模拟的主要优点在于能够定量、精确地研究原型。

同人们认识能力的发展相适应，模型方法经历了一个从低级到高级、由简单到复杂的过程。直观模仿和仿制是一种初级的、简单的模拟形式，主要表现为对自然物的外部几何形状和由形状所产生的某些功能的直接的模仿和简单的工具仿制，目的是为了利用自然物（即原型）的相关功能，创造有实用价值的工具。随着科学技术的发展和人们认识能力的提高，产生了模拟实验及其理论——相似理论，模拟方法发展到了定量的、用模型模拟和研究原型的阶段，扩大了人们对研究客体的观察试验范围，成为现代科学技术中的一种不可缺少的一般方法。由于它是间接的实验，其结果必须在应用的实践中接受检验。控制论的出现，把模拟方法推进到功能模拟的新阶段。功能模拟是建立在模型与原型功能相似的基础上的模拟方法，它为人们利用不同的结构实现相同的功能提供了有效的工具。现在，借助于电子计算机，模拟方法已经发展到系统仿真技术（系统模拟）的新水平，它不仅能再现现实生活的复杂过程，而且能对复杂系统各种发展的可能性系统模拟，预测人类在各个实践领域以及由此而构成的整体的远景。由于现代科学技术把握的是愈来愈复杂的现象，导致了知识抽象化程度的提高和直观性程度的降低，人们往往不能简单地、直观地反映现实，因而使得模拟方法愈来愈广泛地被采用。

（4）功能模拟方法

功能模拟方法是一种以机器、生物乃至社会中所存在的功能相似为基础，用模型去模拟原型的功能和行为的方法。这里的所谓“功能”主要指控制和通讯的功能；“行为”主要指有目的的行为。

功能模拟是模拟方法的一种比较高级的发展形式。与一般的模拟方法相比，它虽然也必须以模型与原型的相似性为基础，但它所追求的不是两者一般的物理过程或几何结构的相似性，而仅仅以两者在功能或行为方面的相似性为依据，着眼于使模型从功能上描述和模仿原型对外界的反映形式。功能模拟的目的，不在于通过模型去研究、认识原型，而主要是探讨、发展模型本身，即创造具有某种最佳功能的人造技术系统。它不仅是一种重要的科学研究方法，也是一种创造发明的手段。

模型与原型的功能相同或相似，是功能模拟的基础。功能相似，可以分为功能同构和功能同态。所谓功能同构，是指模型与原型之间的功能关系是一一对应的；功能同态，则是用简化的功能模型来模拟原型的功能，使描述原型功能的一组元素由描述模型功能的一个元素来对应。例如，电子蛙眼睛就是青蛙眼睛的功能同构模型，电子计算机是人脑的功能同态模型。不过，严格的功能同构是难以实现的。由于功能同构所要求的条件比较严格，运用的范围自然比较狭窄，因此在功能模拟中通常采用功能同态的模型。

运用功能模拟方法，虽不必追求模型在结构上与原型相似，但要尽量做到使模型与原型在功能上相似。为此，第一，要系统研究原型的功能，把握其主要内容；第二，确立与原型功能相似的模型；第三，进行模拟，成功以后以说明原型的功能，并加以应用。

（5）黑箱方法

黑箱方法是在尚未了解系统内部结构和运动细节的情况下，依靠系统的输入和输出来考察系统的整体功能或推测系统内部整体结构的一种方法。

1945年，N·维纳在控制论的研究中首先提出“闭盒”的概念，后来改称为“黑箱”。N·维纳在研究电网络系统时说：“我把黑箱了解为这样一种装置，它是有两个输入端和输出端的四端网络，它对输入电压的现在和过去实行一定的操作，但是它靠什么结构来执行这种操作，我们并不必须知道任何信息。”⁽¹⁵⁾当舍弃N·维纳研究中的具体内容时，便可知控制论中的所谓黑箱，就是指人们一时无法直接观测其内部结构，或完成某一特定认识任务而不必要直接观察其内部结构，只从外部的输入和输出去认识的现实系统。如人的大脑就可以被认为是一个黑箱。因为当你用解剖分割的方法打开大脑去直接观测其内部结构时，活的、有思维的大脑就变成了不能思维的死脑，人类目前仍无法同时实现既能保持大脑的思维功能，又能打开大脑直接观测内部结构。所以，医生在研究人的大脑、心脏等复杂系统时，一般都不打开它们，而是通过脑电图、脑扫描和心电图等来研究大脑、心脏的功能情况，从而作出诊断，施以治疗。

黑箱方法的根据是结构与功能的内在联系。结构深藏于内，功能表现在外，结构是功能的基础，功能是结构的表现，功能对结构也有反作用。人们通过研究系统的功能，可以推测或模拟其结构，进而认识其结构。黑箱方法的特点主要表现在两个方面：一是黑箱方法从系统与环境之间相互联系的研究中，考察和认识对象。控制论系统的输入和输出都离不开环境。因而，黑箱方法实际上是将系统置于一定的环境之中，从系统与环境的相互作用、相互影响的一系列功能表现中认识系统。二是黑箱方法不采取打开系统、研究其内在结构的途径，而是以特有的方式考察系统的输入和输出，对系统作整体上的探讨。

运用黑箱方法的基本步骤是：（a）对黑箱作各种输入，探察输出的相应变化；（b）用归纳法找出输出与输入的一般关系，把数据回归为某个数学式，或选择适当的数学式来拟合这些数据，所得到的数学式反映了该系统的整体特性或功能；（c）根据该数学式建立模型，并对模型进行研究和试验；（d）根据模型所得资料和数据，推测黑箱的功能行为方式，阐述原型系统内部的结构和机理。

黑箱方法的局限性在于由外部功能到内部结构只是一个或然性的猜测。因为一种功能可以对应于多种结构甚至无数的结构，而一种结构也可对应于多种功能。但是，如果从多方面、多角度来考察黑箱并结合使用其他方法，就有可能使我们的猜测逐步逼近对象内部的真实情况。

黑箱方法为现代科学技术研究复杂的大系统提供了有效的工具，在研究具有高度组织性的生命系统中具有独特的作用。尤其值得重视的是，黑箱方法几乎可以作为科学技术认识的起点，因为所有科学问题和技术问题都是作为黑箱问题开始的。在某个问题研究的初期，人们对认识对象知之甚少，甚至完全不知，研究对象相当于一个黑箱。随着黑箱方法的使用，研究对象的某些性质和特征逐渐被揭示出来，人们的认识便前进了一步。这时作为黑箱的研究对象也发生了转化，在认识主体看来，已是有了部分了解的事物，黑箱成了灰箱。认识过程不断深化，研究对象的本质规律最终被揭示出来，人们对事物的特征、功能、结构、作用方式等有了全面的认识，灰箱也就变成了白箱。所以，黑箱方法有重要的认识论意义，由黑箱到灰箱再到白箱的转化就是认识不断深化的过程。

（6）系统分析方法

即从系统的总体最优出发，运用科学的分析工具和方法对系统进行分析的一种方法。其基本思想是：在明确系统目的前提下，分析和确定系统所应具备的功能和相应的环境条件，抓住系统的某些需要决策的关键问题，根据其性质和要求，相应地建立有关模型。再根据需要对有关模型进行仿真实验，反馈所得信息，不断充实和完善建立系统所需要的资料和信息，以保证最佳方案的选择。

系统分析方法是20世纪40年代由美国兰德公司在改善武器装备系统中最先提出并使用。第二次世界大战后，这一方法是沿着两条不同的路线发展的。一条是运用数学的工具和经济学的原理，分析和研究新型防御武器系统。20世纪60年代初，美国国防部部长麦克纳马拉把兰德公司的一套系统分析方法“计划规划-预测系统”带到华盛顿，从五角大楼推广到政府各部门。同时，美国民间企业也开始应用这种方法来改善交通、通讯、计算机、公共卫生设施的效率和功能，并在消防、医疗、电网、导航、炼油等领域得到广泛的应用。另一条路线是在大学和科研机构，把系统分析的思想和方法在一些研究领域逐步加以系统化、理论化。开始是在生物学和自动控制的研究领域，后来扩展到社会政治机构、国际关系、管理系统、生态系统、教育系统等领域。20世纪70年代中期，系统分析从作为分析经济合理的应用工具和作为分析研究对象的理论体系这种互相分离的状态，逐步互相结合、互相补充，发展成为一种有效的方法体系。

系统分析的基本要素有：（a）目的。指建立系统的根据、要求和目标。（b）替代方案。指为达到预定的系统目标而提出的各种可供选择的方案。（c）费用和效益。指建立系统所需要的投资和系统建成后可获得的收益。（d）模型。指为了求得和确定系统设计所需要的参数和约束条件而建立的模拟实际系统的仿真模型。（e）评价基准。指确定各种替代方案优先选用顺序的标准。一般根据系统的具体情况而定。如要评价系统的费用、效益时，其评价基准有：效益相同时，选择费用最小的方案为最佳方案；费用相同时，选择效益最大的方案为最佳方案；以效益费用比为基准，选择效益费用比最大的方案为最优方案。系统分析就是利用电子计算机技术和最佳化方法，通过对上述要素的分析、运演、综合和评价，为最佳方案的选择提供科学依据。

运用系统分析方法的具体步骤是：（a）系统目的的分析和确定。首先分析和确定对象系统的目的和目标，分析和定义系统需要的功能，进而从这些资料作出概略模型，进行仿真，据此研讨成功的可能性，获得模型化所需要的概略技术条件。（b）模型化。通过模型化可行性讨论，为对象系统建立所需要的各种模型，其中主要是可供分析和计算的图像模型和数学模型。（c）系统最佳化。运用系统最佳化的理论和方法，对各种替换模型进行最佳化，求出几个替换解。（d）系统评价。根据最佳化所得到的替换解，考虑前提条件、假设条件和约束条件，从而为选择最佳系统方案提供足够的信息。在整个系统分析过程中，必须统筹考虑系统的外部条件和内部条件、局部效益和整体效益、当前利益和长远利益等方面的关系，并把定性分析和定量分析结合起来。

【注释】

(1)在中国，“工程”一词始见于《北史·列传第六十九卷·儒林上》：“齐文宣营构三台材瓦工程。”又见于《新唐书·列传第五十一卷·魏知古》：“会造金仙、玉真观，虽盛夏，工程严促。”在西方，则源于拉丁文“Ingenium”，原意指古罗马军团使用的撞城锤。到了中世纪，称操纵这种武器的人为“Ingeniators”，后来这个词逐渐演变为“engineer”（工程师，技师），意指建筑城堡和制造武器的人，这些人从事的工作和所运用的知识则统称为“engineering”（工程）。在现代，工程通常是指较大规模的、较为复杂的研究、设计、制造和操作人工事物和人工过程的实践活动，如曼哈顿工程、阿波罗工程、三峡工程、南水北调工程、西气东输工程等；工程师已经不是实际构制产品的人，而是指导、计划或设计产品的人，这正如说“将军设计了一次奇袭”一样，意思是说将军计划或组织了这次奇袭，尽管自始至终他没有拿过枪。

(2)A.D.Hall.A Methodology f or Systems Engineering.Toronto，London，New York ：D.Van Nostrand Company，Inc.，1962.

(3)W.G.Vincenti.What Engineers Know and How They Know It : Analytical Studies f rom Aeronautical History.Baltimore，MD ：Johns Hopkins University Press，1990.

(4)阿波罗工程（Apollo Project），即美国于20世纪60年代至70年代初组织实施的载人登月工程，或称阿波罗计划。该工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功，历时11年。参加该工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人，耗资255亿美元。整个阿波罗工程包括：设定技术目标；确定登月方案；研制“土星”号运载火箭；研制“阿波罗”号飞船；进行试验飞行；实现载人登月飞行。

(5)Foresight is the process involved in systematically attempting to look into the longer‐term future of science，technology，the economy，the environment and society with the aim of identifying the emerging generic technologies and the underpinning areas of strategic research likely to yield the greatest economic and social benefits.B.R.Martin，Technology Foresight in a Rapidly Globalizing Economy，2001a.

(6)B.R.Martin.Technology Foresight in a Rapidly Globalizing Economy，2001a，p.5～6.

(7)B.R.Martin.Technology Foresight in a Rapidly Globalizing Economy，2001b，p.8～9.

(8)P.A.Kros.Technical Functions as Dispositions ：A Critical Assessment.Techne，2001，5 （3），p.1～16.

(9)所谓系统科学，就是把对象作为组织性、复杂性系统从整体上进行研究，以揭示其运动规律和实际处理这类系统的科学。它是在20世纪40年代后期，在一般系统论、控制论、系统工程等研究系统的理论和技术的基础上逐渐发展而形成的。其中包括研究和揭示有组织的多因素动态复杂系统普遍运动规律的系统理论，也包括运用定性与定量相结合的科学方法及实际解决这类问题的系统技术。它是由系统学、系统技术学和系统工程三个层次、诸多学科组成的科学群。系统学，是系统科学的基础理论，用精确系统语言表达一般系统的基本概念、原理，揭示复杂系统运动的一般规律。系统工程，是组织管理各类系统的工程技术，它是面向实际问题运用系统科学中的基本理论，解决组织性、复杂性问题的技术，是一门最优设计、最优施工、最优管理的工程技术。系统技术学科，是系统工程在实际解决问题时所运用的技术学科的总称，包括它所需要运用的基本理论和数学工具。

(10)E·拉兹洛：《用系统论的观点看世界》，中国社会科学出版社1985年版，第4～5页。

(11)钱学森、于景元、戴汝为：“一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论”，《自然杂志》1990年第1期。

(12)N·维纳：《维纳著作选》，上海译文出版社1978年版，第10～11页。

(13)N·维纳：《控制论》，科学出版社1962年版，第160页。

(14)N·维纳：《人有人的用处——控制论和社会》，商务印书馆1978年版，第46页。

(15)N·维纳：《控制论》，科学出版社1985年版，“序”第Ⅹ、Ⅵ页。