法篇196钱学森系统科学思想和系统科

本文为于景元先生年6月12日在北京师范大学的举办的《钱学森系统科学思想和系统科学体系》的讲座记录。

于景元先生是我国著名的系统科学家。中国航天科技集团公司七一〇研究所研究员、博士生导师、原副所长、科技委主任,担任过中国系统工程学会、中国社会经济系统分析研究会、中国软科学研究会副理事长等学术职位,同时也是国务院学位委员会“系统科学”学科评审组成员、国家自然科学基金委员会管理科学部评审组成员。于景元先生曾长期跟随钱学森院士从事系统科学研究工作,在控制论、系统工程、系统科学的理论及应用等领域进行了许多研究,其研究成果先后获得过国家自然科学二等奖、国家科技进步一等奖等奖励,还获得过国际数学建模学会最高奖“艾伯特·爱因斯坦奖”等荣誉。

一、钱学森系统科学思想和系统科学体系的形成与发展

系统科学思想贯穿于钱学森的整个科学历程中。

大家知道,钱老在美国学习和工作了20多年(年—年),主要从事自然科学技术研究,特别是在应用力学、喷气推进以及火箭与导弹研究方面,取得了举世瞩目的成就,同时还创建了“物理力学”和“工程控制论”,成为国际上著名科学家。需要强调指出的是,工程控制论已跨出了自然科学领域而属于钱老后来所建立的系统科学体系,并为创建系统科学体系提供了理论基础。

自然科学是从物质、物质结构和物质在时空中运动的角度来研究客观世界的。但工程控制论要研究的并不是物质运动本身,而是研究代表物质运动的事物之间关系,研究这种关系的系统性质以及如何控制系统使其具有我们期望的功能。因此,系统和系统控制是工程控制论所要研究的基本问题。钱老创建工程控制论这个事实表明,在这个时期,钱老已开始进行跨学科、跨领域的研究并取得重要成就。

《工程控制论》一书的出版(年英文版EngineeringCybernetics),在国际学术界引起了强烈反响,立即被译成多种文字出版发行(俄、德、中)。工程控制论所体现的系统科学思想、理论方法与应用,直到今天仍然深刻影响着系统科学、控制科学、管理科学等有关学科的发展。

年钱老回到了祖国,从这时起他的主要精力集中在开创我国火箭、导弹和航天事业上。在周恩来、聂荣臻等老一辈无产阶级革命家的直接领导下,钱老的科学才能和智慧得以充分发挥,并和广大科技人员一起,在当时十分艰难的条件下,研制出我国自己的导弹和卫星来,创造出了国内外公认的奇迹。

以导弹、卫星等航天科技为代表的大规模科学技术工程,如何把成千上万人组织起来,并以较少的投入在较短的时间内,研制出高质量、高可靠的型号产品来,这就需要有一套科学的组织管理方法与技术。当时,这是一个十分突出的问题。钱老在开创我国航天事业过程中,同时也开创了一套既有普遍科学意义、又有中国特色的系统工程管理方法与技术。

当时,在研制体制上是研究、规划、设计、试制、生产和实验一体化;在组织管理上是总体设计部和两条指挥线的系统工程管理方式。实践已证明了这套组织管理方法是十分有效的。

从今天来看,就是在当时条件下,把科学技术创新、组织管理创新与体制机制创新有机结合起来,实现了综合集成创新,从而走出了一条发展我国航天事业的自主创新和协同创新道路。我国航天事业一直在持续发展,其根本原因就在于自主创新和协同创新。

航天系统工程的成功实践,证明了系统工程技术的科学性和有效性,中国航天事业的成功也是系统工程的胜利,而且不仅适用于自然工程,其原理也同样适用于社会工程,从而开创了大规模工程实践的系统管理范例,对其它大规模工程实践也是适用的。系统工程的应用也是钱老对管理科学与工程的重大贡献。

航天系统工程的实践也为钱老建立系统科学体系奠定了实践基础。

20世纪80年代初,钱老从科研一线领导岗位上退下来以后,就把全部精力投入到学术研究之中。这一时期,钱老学术思想之活跃,涉猎领域之广泛,原始创新性之强,在学术界是十分罕见的。

在这个阶段上,钱老花费心血最多、也最有代表性的是建立系统科学体系和创建系统学的工作。在创建系统学过程中,提出了开放的复杂巨系统及其方法论,由此又开创了复杂巨系统科学与技术这一新的科学领域,并把系统科学体系推向了复杂巨系统科学体系。

这些成就标志着钱学森系统科学思想和系统方法有了新的发展,达到了新的高度,进入了新的阶段。特别是钱学森综合集成思想与综合集成方法,已贯穿于工程、技术、科学直到哲学的不同层次上,形成了综合集成体系。

综合集成思想与综合集成方法的形成与提出,是一场科学思想与科学方法上的革命,其意义和影响将是广泛而深远的。就现实而言,也有着极为重要的科学价值和实践意义。

下面作些介绍。

钱学森指出,系统科学的出现是一场科学革命。科学革命是人类认识客观世界的飞跃,系统科学究竟是研究什么的学问,又为什么如此重要?从辩证唯物主义观点来看,客观世界的事物是普遍联系的,正如马克思所说“世界是普遍联系的整体,任何事物内部各要素之间及事物之间都存在着相互影响,相互作用和相互制约的关系”。

既然客观事物是普遍联系的整体,那就一定有其客观规律,我们也就应该研究、认识和运用这些规律。能够反映和概括客观事物普遍联系这个事实和特征最基本和最重要的概念就是系统。所谓系统是指由一些相互联系、相互作用、相互影响的组成部分构成并具有某些功能的整体。这样定义的系统在客观世界是普遍存在的。客观世界包括自然、社会和人自身。马克思这里所说的客观世界是普遍联系的整体就是辩证唯物主义系统思想。

正是从系统思想出发并结合现代科学技术的发展,钱学森提出,系统科学是从事物的整体与部分、局部与全局以及层次关系的角度来研究客观世界的,也就是从系统角度来研究客观世界。系统是系统科学研究和应用的基本对像。

系统科学和自然科学、社会科学等不同,但有深刻的内在联系。系统科学能把自然科学、社会科学等领域研究的问题联系起来作为系统进行综合性、整体性研究。这就是为什么系统科学具有交叉性、综合性和整体性的原因。也正是这些特点,使系统科学处在现代科学技术发展的综合集成的整体化的方向上,并已成为现代科学技术体系中一个新兴的科学技术部门。系统结构、系统环境和系统功能是系统的三个重要基本概念。系统结构是指系统内部,系统环境是指系统外部。

系统的一个最重要特点,就是系统在整体上具有其组成部分所没有的特性。系统的这个性质意味着,对系统组成部分都认识了,并不等于认识了系统整体,系统整体性不是它组成部分性质的简单“拼盘”,而是系统整体涌现的结果。

系统研究表明,系统结构和系统环境以及它们之间关联关系,决定了系统的整体性和功能,这是一条非常重要的系统规律。从理论上来看,研究系统结构与环境如何决定系统整体性和功能,揭示系统存在、演化、协同、控制与发展的一般规律,就成为系统学,特别是复杂巨系统学的基本任务。国外关于复杂性研究,正如钱老指出的是开放复杂巨系统的动力学问题,实际上也属于系统理论方面的探索。

另一方面,从应用角度来看,根据上述系统原理,为了使系统具有我们期望的功能,特别是最好的功能,我们可以通过改变和调整系统结构或系统环境以及它们之间关联关系来实现。但系统环境并不是我们想改变就能改变的,在不能改变的情况下,只能主动去适应。而系统结构却是我们能够改变、调整、设计和组织的。

这样,我们便可以通过改变、调整系统组成部分或组成部分之间、层次结构之间以及与系统环境之间的关联关系,使它们相互协调与协同,从而在系统整体上涌现出我们满意的和最好的功能,这就是系统组织管理、系统控制和系统干预(Intervention)的基本内涵,是系统管理、系统控制等科学要研究的基本问题,也是系统工程、控制工程等所要实现的主要目标。

科学是认识世界的学问,技术是改造世界的学问,而工程是改造客观世界的实践。从这个角度来看,系统科学和自然科学等类似,也有三个层次的知识结构。即工程技术(应用技术)、技术科学(应用科学)和基础科学。

在钱老建立的系统科学体系中:

1.处在工程技术或应用技术层次上的是系统工程,这是直接用来改造客观世界的工程技术,但和其他工程技术不同,它是组织管理系统的技术;

2.处在技术科学层次上直接为系统工程提供理论方法的有运筹学、控制论、信息论等;

3.处在基础科学层次上属于基础理论的便是系统学和复杂巨系统学。

目前国外还没有这样一个清晰的系统科学体系结构。

这样三个层次结构的系统科学体系经过系统论通向辩证唯物主义哲学。系统论属于哲学层次,是连接系统科学与辩证唯物主义哲学的桥梁。一方面,辩证唯物主义通过系统论去指导系统科学的研究,另一方面,系统科学的发展经系统论的提炼又丰富和发展了辩证唯物主义。

关于系统论,钱老曾明确指出:我们所提倡的系统论,既不是整体论,也非还原论,而是整体论与还原论的辩证统一。钱老关于系统论的这个思想后来发展成为他的综合集成思想。根据这个思想,钱老又提出了将还原论方法与整体论方法辩证统一起来的系统论方法。

系统科学体系体现了钱学森系统科学思想。

综合以上所述,客观事物普遍联系及其整体性思想就是系统思想,系统思想是辩证唯物主义哲学内容,系统科学体系的建立就使系统思想从一种哲学思维发展成为系统的科学体系,系统科学体系是系统科学思想在工程、技术、科学直到哲学不同层次上的体现。这就使系统思想建立在科学基础上,也把哲学和科学统一起来了。

系统科学思想是钱老对辨证唯物主义系统思想的重要发展和丰富。

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