系統方法

系統方法是以對系統的基本認識為依據,套用系統科學、系統思維、系統理論、系統工程與系統分析等方法,用以指導人們研究和處理科學技術問題的一種科學方法。

定義

把對象作為系統進行定量化、模型化和擇最佳化研究的科學方法。這種方法經歷了從哲學到科學、從定性到定量的過渡,它是在現代科學、特別是系統論控制論得到發展時建立的。其根本特徵在於從系統的整體性出發,把分析與綜合、分解與協調、定性與定量研究結合起來,精確處理部分與整體的辯證關係,科學地把握系統,達到整體最佳化。

內容

系統方法主要包括以下幾個方面:

①系統的分析綜合。首先要識別某一領域是全稱集合U,了解系統S是U 的子集。明確S的補集是環境E;其次,要把S從U中分離出來,定出 S與E的界面,再分離出S的主要成分,從中研究系統結構與功能的特性,找出成分之間以及成分與環境之間的相關性,描述系統中物質、能量和信息三者的相互關係;最後,還要綜合分析它們如何組合成有機的整體。
② 建立系統的模型。它要求把系統的各個要素或子系統加以適當的篩選,用一定的表現規則變換成簡明的映像。系統的模型可以用說明系統的構成和行為的數學方程和圖象,甚至用物理形式表達。通過模型可以有效地求得系統的設計參數和確定各種制約條件。模型建立以後,還要採用一定的仿真方法(藉助於計算機)或物理方法測試和計算模型,並根據測試和計算結果,進而改進模型。在一定程度上做到確切反映和符合系統的客觀實際,消除定性分析中的主觀臆測成分,以便確切掌握系統的各個功能及功能之間的關係,了解並確定系統存在的價值以及價值之間的關係。
③ 系統的擇最佳化,即選擇一個最佳化的系統,使之有效工作,功能優良。從數學上講,最佳化是指在若干約束條件下選擇目標函式並使它們得到極大值或極小值。就大系統而言,要想求得總體最佳化是相當困難的。因為大系統結構複雜、因素眾多、功能綜合,不僅評價目標有很多,甚至彼此還有矛盾,所以不可能選擇一個對所有指標都是最優的系統。如果採用局部最佳化的辦法,一般不能使總體最佳化,甚至某一局部的改進反而使總體性能惡化。因此,需要採用分解和協調方法,以便在系統的總目標下,使各個子系統相互配合,實現系統的總體最佳化。所謂分解,就是把一個大系統分解為許多子系統;而子系統再將信息反饋給大系統,並在大系統的總目標下加以權衡,然後大系統再將指示下達給各個子系統,這就是協調。在大系統與子系統之間如此反覆交換若干次信息,就可以求出系統的最佳化解。

基本原則

第一,整體性原則。在科學研究中,始終把對象看做是由各個部分或各種環節組成的合乎規律的有機整體。任何系統雖由若干要素所構成,但在功能上,各部分功能的總和不等於整體的功能。用什麼要素構成整體,各要素之間的關係如何安排,都要有利於系統整體功能的發揮。

第二,關聯性原則。結構是系統內部各要素的組織形式,功能是子系統在一定環境下所能發揮的作用。系統的結構決定系統的功能,不同的結構可以發生不同的功能。這就要求我們在研究和處理問題時,除對構成系統的要素加以選擇外,還要特別重視系統內部各要素的排列、組合的順序和層次,使其安排合理,充分發揮系統的功能。

第三,動態原則。現實的具體系統都是動態系統,在動態系統中,狀態特徵決定於隨時間變化的信息量。隨著時間的推移,系統的結構、功能都會發生變化,達到一定程度時,就發生了舊系統的分解和新系統的建立。動態原則主張在系統的變換中去分析考察事物,注意事物的運動狀況,考察研究事物運動的過程,從而選擇恰當的過程。

第四,綜合性原則。系統的整體都是由組成該整體的部分、要素有機合成的綜合體。在研究過程中,要對研究對象進行綜合考察,即要求對一個系統的組成要素和部分,它的結構、功能、相互聯繫的方式、歷史發展狀況等方面,進行綜合的系統研究,並將綜合和分析有機結合起來。

第五,最最佳化原則。最最佳化是系統方法的歸宿,是運用系統方法所要求達到的目標。它要求一個系統的整體聯繫在運動中達到最適當的有序狀態,或者說從多種可能途徑中,選擇出最優的系統方案,使系統處於最優狀態,達到最優效果。

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