講義實(shí)踐教學(xué)參考資料工程系統(tǒng)觀工程是一個(gè)包括了多種要素的動態(tài)系統(tǒng)，在認(rèn)識、分析和觀察工程時(shí)，不但必須認(rèn)識其組成的各種要素，更必須把工程看成是一個(gè)系統(tǒng)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)去認(rèn)識、分析和把握工程。1、工程系統(tǒng)與系統(tǒng)論1.1概念及意義系統(tǒng)這一概念來自于人類長期的社會實(shí)踐，包括工程實(shí)踐。一般認(rèn)為，系統(tǒng)是由兩個(gè)以上有機(jī)聯(lián)系、相互作用的要素所組成、具有特定功能、結(jié)構(gòu)和有賴于一定環(huán)境而存在的整體。工程(engineedns)是集成建構(gòu)性知識體系使技術(shù)資源和非技術(shù)資源最佳地為人類服務(wù)的專門技術(shù)；有時(shí)也指具體的科研或建設(shè)項(xiàng)目。英語中工程一詞的詞根engine源于拉丁語的insenerare(意為‘創(chuàng)造”)，而英語中engine這一動詞的最初含義是“發(fā)明、設(shè)計(jì)”。對復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)新、開發(fā)、設(shè)計(jì)等是現(xiàn)代工程最顯著的特點(diǎn)及要求。工程系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)新和建構(gòu)等功能，由人、物料、設(shè)施、能源、信息、技術(shù)、資金、土地、管理等要素，按照特定目標(biāo)及其技術(shù)要求所形成的有機(jī)整體，并受到自然、經(jīng)濟(jì)、社會等環(huán)境因素廣泛而深刻的影響。工程系統(tǒng)化是現(xiàn)代工程的本質(zhì)特征之一，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。第一，現(xiàn)代工程活動越來越明顯地具有系統(tǒng)化及復(fù)雜系統(tǒng)特征(如：影響因素眾多，影響面及系統(tǒng)規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)關(guān)系及環(huán)境影響復(fù)雜；屬性及目標(biāo)多樣；人的因素及經(jīng)濟(jì)性突出等)，必須確立現(xiàn)代系統(tǒng)觀，有效應(yīng)對和解決好現(xiàn)代工程系統(tǒng)所面臨的各種復(fù)雜問題。第二，各種專業(yè)工程(如電氣工程、機(jī)械工程、建筑工程等)之間及其與系統(tǒng)工程等橫斷學(xué)科之間的交叉、融合程度越來越高，綜合集成創(chuàng)新功能日益發(fā)揮，應(yīng)積極推進(jìn)以系統(tǒng)觀為基礎(chǔ)的大工程觀的形成和工程科學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展。第三，現(xiàn)代工程活動對工程技術(shù)人員(如工程師)的觀察視野、知識范圍、實(shí)踐能力等不斷提出新的更高要求，其中包括了系統(tǒng)思想、系統(tǒng)理論、系統(tǒng)方法論、系統(tǒng)方法與技術(shù)等內(nèi)容?，F(xiàn)代工程技術(shù)人員應(yīng)掌握系統(tǒng)思維與系統(tǒng)分析方法，努力成為具有戰(zhàn)略眼光、系統(tǒng)思想和綜合素質(zhì)的新型工程技術(shù)專家。1．2系統(tǒng)哲學(xué)思想的產(chǎn)生和發(fā)展1.2.1樸素的系統(tǒng)思想及其初步實(shí)踐自從人類有了生產(chǎn)活動以后，由于不斷地和自然界打交道，客觀世界的系統(tǒng)性便逐漸反映到人的認(rèn)識中來，從而自發(fā)地產(chǎn)生了樸素的系統(tǒng)思想。這種樸素的系統(tǒng)思想反映到哲學(xué)上主要是把世界當(dāng)作統(tǒng)一的整體。古希臘的唯物主義哲學(xué)家德謨克利特曾提出“宇宙大系統(tǒng)”的概念，并最早使用“系統(tǒng)”一詞；辯證法奠基人之一的赫拉克利特認(rèn)為“世界是包括一切的整體”；后人把亞里士多德的名言歸結(jié)為“整體大于部分的總和”，這是系統(tǒng)思想最早的體現(xiàn)和系統(tǒng)論的基本原則之一。在古代中國就出現(xiàn)了世界構(gòu)成的“五行說”(金、木、水、火、土)；春秋末期的思想家老子曾闡明了自然界的統(tǒng)一性；東漢時(shí)期張衡提出了“渾天說”。雖然古代還沒有提出一個(gè)明確的系統(tǒng)概念，沒有也不可能建立一套專門的、科學(xué)的系統(tǒng)方法論體系，但對客觀世界的系統(tǒng)性及其整體性卻已有了一定程度的認(rèn)識，并還能把這種認(rèn)識運(yùn)用到改造客觀世界的工程實(shí)踐及社會生活中去，中國在這方面表現(xiàn)得尤為突出。在古代的工程建設(shè)上，中國的都江堰最具代表性和系統(tǒng)性。都江堰于公元前256年由蜀郡太守李冰父子組織建造，至今仍發(fā)揮著重要作用。該工程由魚嘴(岷江分流)、飛沙堰(分洪排砂)和寶瓶口(引水)等三大設(shè)施組成，整個(gè)工程具有總體目標(biāo)最優(yōu)化、選址最優(yōu)和自動分級排沙、、利用地形并自動調(diào)節(jié)水量、就地取材及經(jīng)濟(jì)方便等特點(diǎn)。另外，公元前6世紀(jì)，中國古代著名的軍事家孫武的《孫子兵法》中，闡明了不少樸素的系統(tǒng)思想和運(yùn)籌方法。該書共十三篇，講究打仗要把道(義)、天(時(shí))、地’(利)、將(才)、法(治)等五個(gè)要素結(jié)合起來考慮?！秾O子兵法》實(shí)際上是一項(xiàng)浩大的、系統(tǒng)化的軍事思想。約在戰(zhàn)國之際成書的中國古代最著名的醫(yī)學(xué)典籍《內(nèi)經(jīng)》，包含著豐富的系統(tǒng)思想。它根據(jù)陰陽五行的樸素辯證法，把自然界和人體看成有秩序、有組織的整體。人與天地自然又是相應(yīng)、相生而形成的更大系統(tǒng)?！兑捉?jīng)》也被認(rèn)為是樸素系統(tǒng)思想的結(jié)晶。中國人做事善于從天時(shí)、地利、人和中進(jìn)行整體分析，主張“大一統(tǒng)”、“和為貴”。如中醫(yī)診病講究綜合辨證。樸素的系統(tǒng)思想及其工程實(shí)踐和社會實(shí)踐是我們傳承文明的重要內(nèi)容。1.2.2科學(xué)系統(tǒng)思想的形成古代樸素的系統(tǒng)思想用自發(fā)的系統(tǒng)概念考察自然現(xiàn)象，其理論是想象的，有時(shí)是憑靈感產(chǎn)生出來的，沒有也不可能建立在對自然震象具體剖析的基礎(chǔ)上。因而這種關(guān)于整體性和統(tǒng)一性的認(rèn)識是不完全和難以用不同的實(shí)踐加以檢驗(yàn)的。早期的系統(tǒng)思想具有“只見森林”和比較抽象的特點(diǎn)。15世紀(jì)下半葉以后，力學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等相繼從哲學(xué)的統(tǒng)一體中分離出來，形成了自然科學(xué)。從此，古代樸素的唯物主義哲學(xué)思想就逐步讓位于形而上學(xué)的思想，工程學(xué)有了最直接和最重要的認(rèn)知基礎(chǔ)。這時(shí)的系統(tǒng)思想具有“只見樹木’’和具體化的特點(diǎn)。19世紀(jì)自然科學(xué)取得了巨大成就，尤其是能量轉(zhuǎn)化、細(xì)胞學(xué)說、進(jìn)化論這三大發(fā)現(xiàn)，使人類對自然過程相互聯(lián)系的認(rèn)識有了質(zhì)的飛躍，為辯證唯物主義的科學(xué)系統(tǒng)觀奠定了哲學(xué)概括的自然科學(xué)基礎(chǔ)。這個(gè)階段的系統(tǒng)思想具有“通過森林、看清樹木’’的特點(diǎn)?！q證唯物主義認(rèn)為，世界是由無數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統(tǒng)一整體。這種普遍聯(lián)系和整體性的思想，就是科學(xué)系統(tǒng)思想的實(shí)質(zhì)。1.3系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程從古希臘和古代中國的哲學(xué)家、軍事家到近、現(xiàn)代許多偉大的思想家，都有過關(guān)于系統(tǒng)思想的深刻論述。但從系統(tǒng)思想發(fā)展到(一般)系統(tǒng)論、控制論、信息論等系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程的科學(xué)方法，是和近代、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及工程實(shí)踐的興起與發(fā)展緊密聯(lián)系，到20世紀(jì)初中葉才實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)論或狹義的一般系統(tǒng)論，是研究系統(tǒng)的模式、原則和規(guī)律，并對其功能進(jìn)行數(shù)學(xué)描述的理論，其代表人物為奧地利理論生物學(xué)家貝塔朗菲(LudwigyonBertalanffy)。控制論是研究各類系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)的一般規(guī)律的綜合性理論，“信息”與“控制’’等是其核心概念。它是繼一般系統(tǒng)論之后，由數(shù)學(xué)家維納(NorbertWiener)在20世紀(jì)40年代創(chuàng)立的。信息論是研究信息的提取、變換、存儲和流通等特點(diǎn)和規(guī)律的理論。這些理論成果也為系統(tǒng)工程學(xué)科在20世紀(jì)50年代的正式確立奠定了基礎(chǔ)。從20世紀(jì)60年代中后期開始，伴隨著自然科學(xué)、社會科學(xué)及數(shù)學(xué)的發(fā)展，國際上又出現(xiàn)了許多新的系統(tǒng)理論，如：普利高津(1Prigogine)的耗散結(jié)構(gòu)理論(dissipativestructuretheory)、艾根(M．Eigen)的超循環(huán)理論(hypercycletheory)、托姆(ReneThom)的突變論(catastrophetheory)，以及微分動力系統(tǒng)理論、分岔理論、卡姆定理、泛系理論、灰色系統(tǒng)理論等。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森以其國內(nèi)外的卓越科研實(shí)踐為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)科學(xué)及系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程的發(fā)展有獨(dú)到的貢獻(xiàn)。工程控制論(engineeringcybernetics)作為控制論的一個(gè)分支學(xué)科，是關(guān)于受控工程系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和運(yùn)行的理論。1954年錢學(xué)森所著《工程控制論》一書英文版問世，第一次用這一名稱稱呼在工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中能夠直接應(yīng)用的關(guān)于受控工程系統(tǒng)的理論、概念和方法。隨著該書的迅速傳播(俄文版1956年，德文版1957年，中文版1958年)，該書中給這一學(xué)科所賦予的含義和研究的范圍很快為世界科學(xué)技術(shù)界所接受。工程控制論的目的是把工程實(shí)踐中所經(jīng)常運(yùn)用的設(shè)計(jì)原則和實(shí)驗(yàn)方法加以整理和總結(jié)，取其共性，提高成科學(xué)理論，使科學(xué)技術(shù)人員獲得更廣闊的眼界，用更系統(tǒng)的方法去觀察技術(shù)問題，去指導(dǎo)千差萬別的工程實(shí)踐。工程控制論的研究對象和理論范圍在不斷擴(kuò)大，該學(xué)科所包含的各主要理論和方法都有了很大發(fā)展，如：系統(tǒng)辨識和信息處理、模型抽象、最優(yōu)控制、自我進(jìn)化、容錯(cuò)系統(tǒng)、仿真技術(shù)等。工程控制論雖發(fā)源于純技術(shù)領(lǐng)域，但其概念、理論和方法也不斷從純技術(shù)領(lǐng)域溢出，涌進(jìn)了許多非技術(shù)部門，派生出社會控制論、經(jīng)濟(jì)控制論、生物控制論、軍事控制論、人口控制論等新的專門學(xué)科。20世紀(jì)下半葉以來，系統(tǒng)理論對工程科技、管理科學(xué)與工程等實(shí)踐產(chǎn)生了深刻影響，系統(tǒng)工程學(xué)的創(chuàng)立則是發(fā)展了系統(tǒng)理論的應(yīng)用研究。它為組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用提供了一種有效的科學(xué)方法。1978年，錢學(xué)森、許國志、王壽云發(fā)表了《組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程》，開啟了中國研究應(yīng)用系統(tǒng)工程的新時(shí)代。其后，錢學(xué)森②又進(jìn)一步提出了一個(gè)清晰的系統(tǒng)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)，即：處在應(yīng)用技術(shù)層次上的是系統(tǒng)工程；處在技術(shù)科學(xué)層次上的是運(yùn)籌學(xué)、控制論、信息論等；而處在基礎(chǔ)科學(xué)層次上的則是系統(tǒng)學(xué)，這是一門正在建立和發(fā)展的新學(xué)科；在系統(tǒng)科學(xué)體系之上屬于哲學(xué)范疇的則是系統(tǒng)論或系統(tǒng)觀。這個(gè)體系結(jié)構(gòu)，劃清了系統(tǒng)研究中不同分支的界限，也澄清了這一領(lǐng)域國內(nèi)外長期存在的一些混亂局面，使系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展進(jìn)入了二個(gè)新的階段。20世紀(jì)90年代初，錢學(xué)森、于景元、戴汝為發(fā)表了《一個(gè)科學(xué)新領(lǐng)域——開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法論》，提出了復(fù)雜性系統(tǒng)的若干問題及從定性到定量的綜合集成方法論。復(fù)雜科學(xué)是系統(tǒng)科學(xué)、工程科學(xué)等發(fā)展的最新階段。系統(tǒng)理論起源于對自然現(xiàn)象的探索，系統(tǒng)工程最初是對工程系統(tǒng)進(jìn)行組織管理的方法。在近一個(gè)世紀(jì)的演變和發(fā)展中，系統(tǒng)理論、系統(tǒng)工程及整個(gè)系統(tǒng)科學(xué)的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域雖然有了很大拓展(如社會系統(tǒng))，但對工程系統(tǒng)，特別是現(xiàn)代大規(guī)模復(fù)雜工程系統(tǒng)(工程與社會等的復(fù)合系統(tǒng))問題的關(guān)注和有效解決，一直是其主要面向的實(shí)踐領(lǐng)域。2、工程的系統(tǒng)性2.1工程系統(tǒng)的特性2.1.1整體性整體性是系統(tǒng)核心的特性。工程系統(tǒng)一般具有相對明確的結(jié)構(gòu)、功能以及相對明晰的邊界。具有相對獨(dú)立功能的系統(tǒng)要素以及要素間的相互關(guān)聯(lián)，能量轉(zhuǎn)換，空間與時(shí)間優(yōu)化，是根據(jù)系統(tǒng)功能依存性、邏輯統(tǒng)一性和技術(shù)規(guī)范性的要求，協(xié)調(diào)存在于系統(tǒng)整體之中。在一個(gè)系統(tǒng)整體中，即使并不是每個(gè)要素都很優(yōu)越，但也可以通過特定的集成方式使之協(xié)調(diào)、綜合成為具有良好功能的系統(tǒng)；反之，即使每個(gè)要素都是良好的，但作為整體由于集成協(xié)調(diào)不當(dāng)卻不具備某種良好的功能，這也不能稱之為完善的系統(tǒng)。工程系統(tǒng)的整體性強(qiáng)調(diào)基于系統(tǒng)的綜合集成創(chuàng)新。2.1.2動態(tài)性社會的變革與發(fā)展，內(nèi)外環(huán)境的變化，以及工程系統(tǒng)自身運(yùn)行的動態(tài)特性使得工程系統(tǒng)的動態(tài)性和不確定性日益突出；工程系統(tǒng)的有效壽命周期相對縮短，管理的難度加大，與時(shí)俱進(jìn)和全面創(chuàng)新的要求提高。市場、技術(shù)、組織等動態(tài)因素變化加快、多重轉(zhuǎn)軌(計(jì)劃經(jīng)濟(jì)——市場經(jīng)濟(jì)、國內(nèi)市場—國際市場、粗放經(jīng)營—集約經(jīng)營等)時(shí)期的動態(tài)社會環(huán)境等均是現(xiàn)代工程系統(tǒng)動態(tài)性的重要來源和具體體現(xiàn)，2.1.3復(fù)雜性現(xiàn)代工程系統(tǒng)除了屬性與功能多樣、系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系緊密等特性之外，還存在著其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運(yùn)行行為復(fù)雜的特性，主要表現(xiàn)為：眾多要素具有多功能、多“層次”的結(jié)構(gòu)，各組成部分(功能要素)之間有廣泛而密切的聯(lián)系，并常常不同質(zhì)，但通過不同方式的耦合，可以形成多重互動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；要素種類繁多，知識表達(dá)不同，模型各具特色；一般以人一機(jī)系統(tǒng)的形式存在，而人及其組織或群體也表現(xiàn)出固有的復(fù)雜性。另外，現(xiàn)代工程系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)與自適應(yīng)等復(fù)雜系統(tǒng)的特征明顯。2.1.4普遍性隨著科技、經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展及人們認(rèn)知能力、改造客觀世界能力的提高，許多現(xiàn)實(shí)問題系統(tǒng)化、工程化和工程系統(tǒng)化等趨勢日益明顯，工程理念及系統(tǒng)思想逐漸普及，系統(tǒng)方法論及工程方法大有用武之地，但也要防止現(xiàn)實(shí)生活中各類復(fù)雜問題的泛工程化。2.1.5目的性及多目標(biāo)性工程系統(tǒng)為人造系統(tǒng)，一般具有明確的目的和功能，力求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的創(chuàng)新與發(fā)展?，F(xiàn)代工程系統(tǒng)面臨復(fù)雜的環(huán)境影響及其互動要求，通常具有多重屬性，有技術(shù)的、經(jīng)濟(jì)的、環(huán)境的、社會的等等，因而有來自這些方面的多重目標(biāo)要求，而其中又不乏相互沖突的目標(biāo)，需要權(quán)衡優(yōu)化，這是現(xiàn)代工程系統(tǒng)管理的難點(diǎn)之一。2.1.6開放性工程系統(tǒng)是高度開放的系統(tǒng)，工程系統(tǒng)存在著與外部環(huán)境的物質(zhì)、能量、信息的頻繁交流。在工程系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)行、革新的過程中，會受到來自內(nèi)、外部及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、管理等多領(lǐng)域、多方面環(huán)境因素的復(fù)雜影響，其中經(jīng)濟(jì)、社會及人的因素和管理因素的影響越來越明顯、廣泛和深刻?，F(xiàn)代工程系統(tǒng)必須重視環(huán)境依賴性，注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2.1.7人本性在工程系統(tǒng)中，知識產(chǎn)品及智力資源日益占據(jù)主導(dǎo)地位。工程活動中人的因素凸顯，人—機(jī)—環(huán)境關(guān)系是最基本的關(guān)系。這中間要考慮決策者、資源提供者、建設(shè)者、運(yùn)營者、各種利益相關(guān)者等多重主體，相關(guān)利益和行為主體的態(tài)度及人與人的協(xié)作狀態(tài)越來越重要。工程系統(tǒng)中人的要素、管理要素、信息要素等日益重要，系統(tǒng)“軟化”趨勢較為明顯。工程系統(tǒng)應(yīng)為人類的長遠(yuǎn)利益和大局利益服務(wù)，應(yīng)該以人為本。2.1.8戰(zhàn)略性現(xiàn)代大規(guī)模復(fù)雜的工程系統(tǒng)往往意義重大，對一個(gè)組織的發(fā)展，對區(qū)域社會、經(jīng)濟(jì)、科技、環(huán)境，甚至對國家戰(zhàn)略，都會產(chǎn)生全局、穩(wěn)定、持續(xù)、深層次影響。許多重大工程系統(tǒng)問題已從微觀層次上升到了宏觀層次，從戰(zhàn)術(shù)問題上升到了戰(zhàn)略問題。工程理念和價(jià)值觀正在發(fā)生變化，工程觀及發(fā)展戰(zhàn)略對工程科學(xué)、工程技術(shù)和工程管理具有支配作用?，F(xiàn)代工程師也應(yīng)具有戰(zhàn)略眼光，其中的領(lǐng)軍人物必須具有戰(zhàn)略家的知識和素質(zhì)。2．2工程系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)工程系統(tǒng)的開發(fā)、運(yùn)行，或其產(chǎn)生、發(fā)展，均有其總體目標(biāo)(目的)及具體目標(biāo)，一般既有技術(shù)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，又有環(huán)境目標(biāo)、社會目標(biāo)，還有系統(tǒng)發(fā)展等目標(biāo)，每項(xiàng)目標(biāo)要求又可分出子目標(biāo)。另外，各項(xiàng)目標(biāo)之間通常會有相互消長的復(fù)雜關(guān)系，這給目標(biāo)分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了復(fù)雜性。實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)目標(biāo)要求的過程即工程化過程。任何具體工程都是作為功能單元存在并發(fā)揮其作用的，具有某種系統(tǒng)所需特定功能的物質(zhì)(資源)要素與非物質(zhì)(資源)要素的相互作用和有機(jī)結(jié)合形成了工程單元系統(tǒng)。構(gòu)成工程單元系統(tǒng)的(資源)要素有四類，即：(1)工程系統(tǒng)功能所必需的各類物質(zhì)(實(shí)體)要素，包括：物料、設(shè)施、工具等(物)；(2)工程化的方法、技術(shù)，較多以知識的形態(tài)出現(xiàn)(技法)；(3)具有一定經(jīng)驗(yàn)、知識、技能和創(chuàng)造力的人(人)；(4)為推進(jìn)工程系統(tǒng)進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，對系統(tǒng)中的物質(zhì)流、能量流、信息流、人流及價(jià)值流進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)、評估、控制的管理活動(管理)。為了實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)的功能要求，有效地推進(jìn)工程化進(jìn)程，工程系統(tǒng)應(yīng)形成以工程過程分系統(tǒng)為核心，以工程戰(zhàn)略—組織協(xié)調(diào)—工程過程分系統(tǒng)為主線，以工程技術(shù)、工程管理、評估控制分系統(tǒng)為支撐的有機(jī)整體，以及以工程戰(zhàn)略分系統(tǒng)為第一層次、工程技術(shù)、組織協(xié)調(diào)和評估控制分系統(tǒng)為第二層次、工程過程和工程支持分系統(tǒng)為第三層次的遞解結(jié)構(gòu)，具體如圖5．1所示。按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化和工程系統(tǒng)演變的新趨勢，現(xiàn)代大規(guī)模復(fù)雜工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正在出現(xiàn)由簡單結(jié)構(gòu)向復(fù)雜結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)向動態(tài)結(jié)構(gòu)、顯性結(jié)構(gòu)向隱性結(jié)構(gòu)等新的變化，這些對工程系統(tǒng)管理及開發(fā)、運(yùn)行有重要啟示，也提出了時(shí)代性的挑戰(zhàn)。2．3工程系統(tǒng)的環(huán)境工程系統(tǒng)環(huán)境(可簡稱為工程環(huán)境)是工程系統(tǒng)內(nèi)、外影響工程化進(jìn)程中各核心活動過程的各類、各種要素的集合。與工程系統(tǒng)相比，工程環(huán)境更具有廣泛性、多樣性、不確定性等特點(diǎn)。工程環(huán)境有自然環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會環(huán)境、管理環(huán)境等不同類型環(huán)境要素(可稱之為環(huán)境類)，并體現(xiàn)在外環(huán)境(environment)、內(nèi)環(huán)境(context)和媒環(huán)境(medium)等不同環(huán)境領(lǐng)域(可稱之為環(huán)境域)中。媒環(huán)境是對象系統(tǒng)(如工程項(xiàng)目)內(nèi)外共有或經(jīng)由內(nèi)外環(huán)境共同作用而形成、處在內(nèi)外環(huán)境交匯點(diǎn)、結(jié)合部或過渡區(qū)的環(huán)境因素的集合。各環(huán)境域、環(huán)境類及其組合，共同形成了實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)目標(biāo)、功能的必要條件，也可稱之為工程系統(tǒng)的環(huán)境條件。工程環(huán)境具有多種不同的環(huán)境類和環(huán)境域，但它們基于時(shí)空條件的復(fù)雜變化，具有普遍性和客觀必然性。工程環(huán)境變異是引起現(xiàn)代工程系統(tǒng)復(fù)雜性的重要根源。工程環(huán)境變異是指同類環(huán)境(或相同環(huán)境類中某要素)隨著時(shí)間推移和不同環(huán)境要素因主(客)體不同而出現(xiàn)的性狀差異。前者為縱向差異或時(shí)序差異，后者為橫向差異或個(gè)體差異。它們可由施加環(huán)境影響的主體或受環(huán)境影響的客體的外部因素引起(客觀或定向變異)，也可由主(客)體的內(nèi)部因素引起(主觀或不定向變異)。工程環(huán)境變異程度的大小可用m個(gè)(個(gè)體數(shù))或n個(gè)(時(shí)點(diǎn)數(shù))環(huán)境狀態(tài)信息“值”的統(tǒng)計(jì)特征值(如平均離差)來表征。但確定不定向變異程度有相當(dāng)難度。與傳統(tǒng)的解決變異的辦法不同，應(yīng)對工程環(huán)境(首先是外環(huán)境)變異的基本途徑是，營造有利于實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展的媒環(huán)境，改善相應(yīng)的內(nèi)環(huán)境條件，通過對可控資源的有效集成，實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。3、工程的新系統(tǒng)觀3．1復(fù)雜工程系統(tǒng)的綜合集成錢學(xué)森等科學(xué)家于1990年在《一個(gè)科學(xué)新領(lǐng)域——開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法論》一文中，正式提出了從定性到定量的綜合集成方法(D。作者明確指出：現(xiàn)在能用的、唯一有效處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法，就是定性定量相結(jié)合的綜合集成方法。該方法的實(shí)質(zhì)，是將專家群體及其相關(guān)的知識、數(shù)據(jù)與各種信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)等有機(jī)結(jié)合起來。針對開放復(fù)雜巨系統(tǒng)問題的特點(diǎn)，對社會系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)等四類系統(tǒng)進(jìn)行了研究實(shí)踐。如：在社會系統(tǒng)中，為解決宏觀經(jīng)濟(jì)決策等問題，有幾百個(gè)變量和上千個(gè)參數(shù)描述的模型體系及定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用研究；在地理系統(tǒng)中，用生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)以及區(qū)域規(guī)劃等綜合探討地理系統(tǒng)的研究和應(yīng)用；在人體系統(tǒng)中，把生理學(xué)、心理學(xué)、西醫(yī)學(xué)、中醫(yī)學(xué)和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)等綜合起來的研究；在軍事系統(tǒng)中，對軍事對陣系統(tǒng)和現(xiàn)代作戰(zhàn)模型進(jìn)行研究。這些研究構(gòu)成了從定性到定量的綜合集成方法的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代工程系統(tǒng)在發(fā)展中“吸納”或具有了社會系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)等不同系統(tǒng)所共有或獨(dú)有的一些特性，或者說是開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的一些基本特性，綜合集成方法形成了解決復(fù)雜巨系統(tǒng)和復(fù)雜性問題的過程及其方法，對現(xiàn)代復(fù)雜工程系統(tǒng)問題同樣具有指導(dǎo)意義。復(fù)雜工程系統(tǒng)等開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的綜合集成方法從提出問題和形成經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)開始，這一步是專家群體所具有的相關(guān)科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)知識，以及判斷力、智慧的結(jié)合，一般是通過研討而形成，通常是定性的。這樣的經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)(猜想、判斷、方案、思路等)之所以是經(jīng)驗(yàn)的，是因?yàn)檫€沒有經(jīng)過精密的嚴(yán)格論證，并不是科學(xué)結(jié)論。從思維科學(xué)角度來看，這一步是以形象思維為主。在研討過程中，要充分發(fā)揚(yáng)學(xué)術(shù)民主，暢所欲言，相互啟發(fā)，大膽爭論，把專家的創(chuàng)造性激發(fā)出來。精密地嚴(yán)格論證是通過人機(jī)交互、反復(fù)對比、逐次逼近，對經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)得出明確結(jié)論。在此過程中，要充分運(yùn)用數(shù)學(xué)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、控制科學(xué)、人工智能和以計(jì)算機(jī)為主的信息技術(shù)所提供的各種有效方法和手段，如系統(tǒng)建模及預(yù)測、優(yōu)化、仿真、評價(jià)等。綜合集成方法在實(shí)際應(yīng)用中的主要特點(diǎn)與基本要求有：(1)根據(jù)復(fù)雜巨系統(tǒng)的復(fù)雜機(jī)制和變量眾多等特點(diǎn)，把定性與定量研究有機(jī)結(jié)合起來。在現(xiàn)代工程、社會、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及其管理問題等復(fù)雜系統(tǒng)問題中，軟、硬要素交織纏繞，結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化界限變得不很清晰。問題本身的復(fù)雜性加之人的認(rèn)識能力的有限性，使得單純依靠軟、硬方法任何一種都無法有效解決問題，需要遵循定性一定量一更高層次定性的螺旋式上升的思路，以全面、深入地分析和解決問題。(2)根據(jù)系統(tǒng)綜合集成思想，把理論與經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范性與創(chuàng)新性結(jié)合起來，在規(guī)范性與創(chuàng)新性相結(jié)合的過程中，以什么為主，在一般情況下，盲目追求創(chuàng)新性會導(dǎo)致過高的風(fēng)險(xiǎn)性，有時(shí)，過分強(qiáng)調(diào)規(guī)范性會束縛創(chuàng)新性。在特定的情況下，需要通過高度的創(chuàng)新性來實(shí)現(xiàn)新的規(guī)范性。為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性和規(guī)范性的結(jié)合，要把人對客觀事物的各種知識集中起來，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合，如不同專業(yè)工程技術(shù)之間的交叉融合，工程技術(shù)與系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、社會科學(xué)、數(shù)學(xué)等的交叉融合。(3)根據(jù)復(fù)雜巨系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，把宏觀、中觀與微觀研究統(tǒng)一起來，將外環(huán)境、內(nèi)環(huán)境、媒環(huán)境綜合起來。如在工程系統(tǒng)創(chuàng)新研究中，不但需要重視技術(shù)層面系統(tǒng)核心部分的“原始性”創(chuàng)新，更要重視經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境在內(nèi)的系統(tǒng)總體的集成創(chuàng)新。(4)根據(jù)人一機(jī)結(jié)合的特點(diǎn)和信息的重要作用，將專家群體、數(shù)據(jù)和各種信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來。強(qiáng)調(diào)對知識工程及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等的應(yīng)用，注意不同專家的有機(jī)組合和信息前饋與反饋機(jī)制的有機(jī)結(jié)合。這恰好適應(yīng)了現(xiàn)代工程系統(tǒng)信息化、?！败洝被⑾到y(tǒng)化的趨勢。3．2工程系統(tǒng)與自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展工程系統(tǒng)有很強(qiáng)的環(huán)境依存性或適應(yīng)性，自然系統(tǒng)、社會系