【摘要】系统理论反映了现代社会化大生产的特点和现代社会生活的复杂性，为解决现代复杂问题提供了有效的思维方式和新方法，得到了广泛应用，成为现代科学的新潮流，促进着各门科学的发展、反映了现代科学发展的趋势。文章对当前系统科学发展的学科体系、发展阶段和前沿性的理论加以梳理、述评，力求描绘系统科学当前发展的全貌，为更好地对其加以应用奠定理论基础。
【关键词】系统科学;自组织;耗散结构;耦合;混沌
系统科学的思维方法是现代管理思想具有的一种普遍的思维方法。系统科学诸学科着眼于世界的复杂性，确立系统观点即复杂性方法论原则，归纳整体和部分之间的相互关系、系统与环境之间的相互关系。
一、系统科学的学科体系
系统科学是研究系统的类型、一般性质和运动规律的科学。作为一个完整的科学体系，它包括三个部分：系统学、系统方法学和系统工程学。[1]系统学是系统科学的基础理论，它研究一般系统的基本概念、基本性质和基本规律，分为系统概念论和系统进化论。系统概念论研究有关一般系统的基本概念和一般系统的基本性质，为系统学建立逻辑结构，并以数学形式表示这一逻辑结构。有关一般系统的基本概念有系统要素、环境、信息、结构、功能、涨落、系统时空等;一般系统的基本性质是整体性、稳定性、适应性、等级性和历时性。系统进化论研究适用于各种具体系统的一般进化原理，也就是研究一般系统的产生、变化和发展的基本规律。系统进化是一个从无序到有序，再从新无序过渡到新有序的反复循环发展过程。系统进化的机制是涨落、环境选择和隔离。涨落为系统进化提供材料，而环境选择决定系统进化的方向。系统信息量的增加是系统进化的标志。与系统学研究有关的研究领域主要有五种:一是一般系统论;二是耗散结构理论;三是哈肯的协同学;四是艾根的超循环理论;五是槌田敦的资源物理学。
系统方法学根据系统学基本理论研究系统方法，其中包括系统方法的基本构成、系统方法的基本原则和若干方法论学科。系统方法是系统科学的基本方法，是结构方法、功能方法与历史方法的辩证统一。系统方法的基本原则是提供研究或研制各种系统时所必须遵循的思想原则，其中包括整体性原则、相关性原则、综合性原则、目的性原则、层次性原则和历时性原则。系统方法学的核心是若干方法论学科，它们提供一些实用的系统方法理论，目前主要有五种。一是信息论。申农于1948年创立信息论，它是用数学方法研究信息的计量、传输、变换和储存的一门学科。其主要任务在于提高信息传输的效能和保持传输信息的完整性。如何计量信息，是信息论最基本的问题。但申农只从量的方面考察了信息，哥尔德曼于1953年提出不仅要考虑信息的量而且要考虑信息对接受者的使用价值。贝里斯和桂阿斯于1968年提出“量——质”统一量度的信息，后来被称为“有效信息”，夏尔马等人于1978年进一步把它推广为“广义有效信息”。但是对信息本质问题至今仍然众说纷纭。二是控制论。维纳于1948年创立控制论，把它定义为动物和机器中控制和通讯的理论。现在控制论分为古典控制理论和现代控制理论。前者主要用来解决单输入——单输出问题，所研究的一般是线性定常系统，后者主要用于解决多输入——多输出问题，所研究的可以是线性或非线性系统，定常或时变系统。在系统描述中，前者用一个高阶微分方程，后者则用一阶微分方程组(即状态方程)。前者的方法是频率法，后者的方法是时域法。三是系统动力学。这是美国麻省理工学院J·W·福菜斯特从1950年起倡导的一门学科。他以信息反馈系统理论为理论基础，以电子数字计算机为计算手段(采用DYNAMO语言)，以军事作战行动中的决策机制研究和工程领域的仿真工作为经验依据，建立了这门关于连续仿真建模技术的方法论学科。它能方便地模拟非线性、多重反馈、复杂时变的大系统，能把人的判断力、经验与逻辑推导结合起来，能适用于不确定性的长期宏观规划。四是灰色系统理论。这是华中工学院邓聚龙从1979年起倡导的一种控制理论。他把各类系统分为白色系统、黑色系统和灰色系统，系统中既有白色又有黑色的参数就称为灰色系统。它以灰色参数、灰色代数方程和灰色矩阵描述灰色系统。五是泛系方法论，也称泛系理论或泛系分析。由武汉数字工程研究所吴学谋从1976年起倡导。泛系方法论是事物机理中广义的系统、转化与对称的一种跨学科的研究和应用。它着重研究与十大关系(宏微、动静、局整、形影、因果、观控、串并、模拟、集散、异同)有关的一般数学结构，并且提出一系列新概念与定理，开辟了一系列新的理论研究与应用领域。此外，目前引人注目的方法论学科还有从20世纪60年代发展起来的模糊系统理论和从70年代发展起来的大系统理论。
系统工程学是系统科学的应用领域。可以定义为：系统工程学=系统方法+运筹学+电子计算机技术。这里，系统方法为系统工程学提供思维方法和若干方法论学科，运筹学为它提供数学工具，电子计算机技术为它提供“计算”工具。将这三者应用于解决具体系统问题时，就形成了各项系统工程。
二、系统科学的发展阶段
系统科学的发展可分为两个阶段：第一阶段以二战前后控制论、信息论和一般系统论等的出现为标志，主要着眼于他组织系统的分析。如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织。第二阶段以耗散结构论、协同学、突变论、超循环论、分形理论和混沌理论等为标志，主要着眼于自组织系统的研究。如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调自动地形成有序结构，就是自组织。自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。一般认为，系统开放、远离平衡、非线性相互作用、涨落是自组织形成的基本条件。其中，耗散结构理论是解决自组织出现的环境条件问题;协同学基本上是解决自组织的动力学问题;突变论从数学抽象的角度研究了自组织的途径问题，超循环论解决了自组织的结合形式问题;分形理论和混沌理论则从时序和空间序的角度研究了自组织的复杂性和图景问题。混沌指的是非线性确定性动态系统表现出来的终态不稳定性现象，这种现象来自于系统内在的随机性，[2]而分形理论主要研究不规则、非光滑、具有分数维特征的几何对象。
耗散结构理论指出，一个远离平衡态的开放系统，通过与外界不断地交换物质和能量，可以从无序状态转变为有序状态，即耗散结构状态。普里高津在研究了大量系统的自组织过程以后，总结归纳出影响耗散结构形成的四个因素：开放系统、远离平衡态、非线性作用、涨落，[3]其中远离平衡是对开放系统的进一步解释，涨落是由非线性作用引起的。因此，这四个因素可以归纳成“非平衡、非线性”这两个必要条件。耗散结构理论也称为非平衡非线性自组织理论，说明了“非平衡非线性”是耗散结构形成的两个本质条件。
协同学主要研究系统内部各要素之间的协同机制，认为系统各要素之间的协同是自组织过程的基础，系统内各序参量之间的竞争和协同作用是使系统产生新结构的直接根源，即从无序转变为有序的关键是系统的自组织现象，是系统内部各子系统在一定条件下相互作用造成的协同现象。
法国数学家勒内·托姆创立的突变论，是研究客观世界非连续性突然变化现象的一门新兴学科。突变论认为，系统所处的状态可用一组参数描述。当系统处于稳定态时，标志该系统状态的某个函数就取惟一的值。当参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统必然处于不稳定状态。勒内·托姆指出：系统从一种稳定状态进入不稳定状态，随参数的再变化，又使不稳定状态进入另一种稳定状态，那么，系统状态就在这一刹那间发生了突变。突变论还提出：高度优化的设计很可能有许多不理想的性质，因为结构上最优，因而可能存在对缺陷的高度敏感性，产生特别难以对付的破坏性，以致发生真正的“灾变”。突变论与耗散结构论、协同论一起，在有序与无序的转化机制上，把系统的形成、结构和发展联系起来，成为推动系统科学发展的重要学科之一。
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超循环理论是解决“块复制”的机制问题，即组织的发展如何把自身的核心能力复制到要发展的区域并和环境融合起来。诺贝尔奖获得者艾根将循环反应网络分成三个等级：第一等级是反应循环。在一组相互关联的反应中，如果任一反应产物与前面某一步骤中的反应物相同，就形成一个反应循环。这种反应循环作为一个整体就成为一个催化剂。第二等级是催化循环。如果一个反应循环中，至少有一个中间物是催化剂，就构成一个催化循环。最简单的催化循环成为一个自复制单元，是保存信息所必需的。第三等级是催化超循环。超循环简单地说就是由多个催化循环相互结合所构成的复杂化学循环。在艾根的超循环论中，所谓超循环是指关于催化功能是超循环的系统，即催化超循环。催化超循环是以循环联系连接各个自催化剂或自复制单元而形成的。[4]
三、系统科学的主要观点
1.系统是由两个或两个以上的元素(要素)相互作用而形成的整体。所谓相互作用主要指非线性作用，它是系统存在的内在根据，构成系统全部特性的基础。系统具有层次性、整体性、集合性、相关性、目的性和环境适应性。
2.系统是一个为环境所影响，并反过来影响环境的开放系统。系统在与环境的相互影响中取得动态平衡的同时要从外界接受能源、信息、物料等各种投入，经过各种转换，再向外界输出产品。
3.系统内部的相互作用是系统演化的内在动力。系统内的相互作用从空间来看就是系统的结构、联系方式，从时间来看系统的运动变化，就是相互作用中的各方力量总是处于此消彼长的变化之中，从而导致系统整体的变化。作为系统演化的根据，系统内的相互作用决定了系统演化的方向和趋势。系统演化的基本方向和趋势有两种：一是从无序到有序、从低级到高级、从简单到复杂的，前进的、上升的运动，即进化这是一个熵减或者说产生负熵流的过程。产生进化的基本根据是非线性作用及其对系统的正效应在系统中居于主导地位。在这一条件下，非线性作用进一步决定了什么样的有序结构可能出现并成为稳定吸引子，同时决定了系统演化可能的分支。二是从有序到无序、从高级到低级、从复杂到简单的，倒退的、下降的运动，即退化，这是一个熵增的过程。热力学第二定律已经表明，在孤立或封闭系统内，这一演化趋势是不可避免的。普利高津指出，对于一个处于热力学平衡态或近(线性)平衡态的开放系统，其运动由玻耳兹曼原理决定，其运动方向总是趋于无序。从相互作用上来理解，退化主要基于非线性相互作用对系统的负效应占有了支配地位。
4.系统与环境的相互作用是系统演化的外部条件。从抽象意义上理解，任何现实系统都是封闭性和开放性的统一。环境构成了系统内相互作用的场所，同时又限定了系统内相互作用的范围和方式，系统内相互作用以系统与环境的相互作用为前提，二者又总是相互转化。在这个意义上，系统内的相互作用是以系统的外部环境为条件的，系统的进化尤其依赖于外部环境。[5]系统的相干作用是在系统内存在差异的情况下表现出来的。热力学第二定律指出，系统内在差异总是在自发的不可逆过程中倾向于被削平，导致系统向无序的平衡态演化。因此，必须不断从外部环境获得足够的物质和能量才能使系统差异得以建立和恢复，维持远平衡状态，使非线性作用实现出来。即系统必须对环境保持开放，才能进化。
但开放性只是进化的必要条件，而非充分条件。普利高津的耗散结构论指出，孤立系统没有熵流(即系统与外界交换物质和能量而引起的熵)，而任一系统内部自发产生的熵总是大于或等于零的(当平衡时等于零)。因此，孤立系统的总熵大于零，它总是趋向于熵增，无序度增大。当一个系统的熵流不等于零时，即保持开放性时，有三种情况：第一种情况是热力学平衡态，此种系统中，熵流是大于零的。此时物质和能量的涌入大大增加了系统的总熵，加速了系统向平衡态的运动。第二种情况是线性平衡态，它是近平衡态，其熵流约等于零。这种系统一般开始时有一些有序结构，但最终无法抵抗系统内自发产生的熵的破坏而趋平衡态。第三种情况大为不同，这种系统远离平衡态，即熵流小于零(为负熵流)。此时物质和能量的涌入给系统带来的是负熵，结果使系统有序性的增加大于无序性的增加，新的组织结构就能从中形成，这就是耗散结构，而系统也在此过程中随之进化。
5.随机涨落是系统演化的直接诱因。稳定与涨落是刻画系统演化的重要概念。由于系统的内外相互作用，使得系统要素性能会有偶然改变、耦合关系会有偶然起伏、环境会带来随机干扰。系统整体的宏观量很难保持在某一平均值上。涨落就是系统宏观量对平均值的偏离。按照对涨落的不同反应，可把稳定态分为三种：恒稳态，对任何涨落保持不变;亚稳态，对一定范围内的涨落保持不变;不稳态，在任何微小涨落下会消失。对于稳定态而言，涨落将被系统收敛平息，表现为向某种状态的回归。在热力学平衡态中，不论何种原因造成的温度、密度、电磁属性等的差异，最终都将被消除以达到平衡态。但对于远平衡态，如果系统中存在着正反馈机制，那么，涨落就会被放大，导致系统失稳，从而把系统推到临界点上。系统在临界点上的行为有多种可能性，究竟走向哪一个分支，是不确定的。是走向进化，还是走向退化，是走向这一分支，还是走向那一分支，涨落在其中起着重要的选择作用。达尔文的生物进化论证明，生物物种偶然变异的积累可以改变物种原有的遗传特性，导致新物种的出现。耗散结构论和协同学则定量地证明，随着外界控制参量的变化，原有的稳态会失稳，并在失稳的临界点上出现新的演化分支。
由此可见，稳定态对涨落的独立性是相对的，超出一定范围，涨落将支配系统行为。如果涨落被加以巩固，那就意味着新稳态的形成。涨落在系统演化中的重要作用说明，系统演化是必然性与偶然性的辨证统一。普利高津指出，“远离平衡条件下的自组织过程相当于偶然性与必然性之间、涨落和决定论法则之间的一个微妙的相互作用”。
综上所述，系统理论是依据系统思想建立的一个完整科学体系，主要研究系统构成、演化、发展的一般规律。它认为事物的发展不是孤立的、割裂的、互不联系的，而应将其看成相互联系、相互作用、相互制约的统一整体，并将管理对象视为一个不断变化的开放系统。耗散结构理论、协同学、超循环论、混沌理论乃至突变论等系统自组织理论的发展使我们对系统自然演化的前提条件、动力根据、诱因途径、组织形式和发展前途等已能够加以较为具体的刻画，从而建立起真正的关于系统演化的科学。对系统各种各样的演变规律加以认识、研究和把握，已经成为现代管理科学的方法论基础。——论文作者：齐闯
