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系统本质模型的技术标准

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群组: 西安交大数学建模

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发表于 2012-9-13 03:41 |只看该作者 |正序浏览

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【摘要】从原子和太阳系的相同构造，领悟解读出放之万物而皆准的本质结构。将这种哲学的理论运用于系统建模与仿真，确立了一级元素集合模型，作为唯一科学的系统本质模型，并建立起三个技术标准。

【关键词】本质结构，一级元素集合模型，三个技术标准。

为什么同一个系统的同一个问题，会建出不同的模型？

为什么社会经济系统中的问题，不能建出准确可能的模型？

为什么决策者必须通过建模者和仿真者才能介入对系统的仿真分析中？

上述问题，看似仿真学问题，实则系统学问题。系统学无力破解系统的本质，不能为建模者提供一套放之所有系统而皆准的本质结构理论和本质模型的技术标准。使得建模无依可据，无规可循。只能建出万人万模的现象模型，无能建出万人一模的本质模型。

本文所要探讨的问题就是系统学无力解决、仿真学有意回避的系统本质模型问题。

原子和太阳系的本质结构，可用数学集合式子表示：

原子 = 核子1 R电子1

太阳系 = 恒星1 R 行星1

式中，R表示原理或者规律。例如，核子和电子是依照强力的原理组合成原子；恒星和行星是依照万有引力的原理组合成太阳系。

核子是由中子和质子组合而成。那么，为什么不说原子是由质子、中子和电子组合而成呢？这就是关键：中子和质子只有先组合成核子后，才能和电子组合成原子，这种演化时序上的先后，正是万物本质结构分析的关键细节。核子是构成原子的一级元素事物，中子和质子是构成核子的一级元素事物。因此，中子和质子是构成原子的二级元素事物。关键是：原子的本质结构是由一级元素事物，而不是由二级或三级元素事物来决定的。所以，上述二条集合式子中，1就是表示一级元素事物的意思。

把原子和太阳系的明示启迪推广至万事万物，则导出如下集合式子：

A=a1 R b1 R c1……

式中，A表示任一事物；a1 、 b1 、 c1……表示二个或二个以上的一级元素事物；R表示一级元素事物之所以会组合成任一事物A的事理（原理或规律）。

对集合式子的哲学解读是：任一事物，都是由二个或二个以上的其他事物（一级元素事物），按照某种固定的模式或结构，排列与组合、生成和互动，集合演化而成。

这是分析系统本质结构的根本大法，也是指导系统建模的唯一科学理论。

系统工程学，因为缺少这种哲学层面上的放之万物而皆准的本质结构理论的指导，而身陷复杂性伪命题的怪圈。

系统工程论认为：

“系统的结构可以有以下式子表示：

S = { E，R }

式中，S表示系统，E表示要素的集合，R表示建立在集合E上的各种关系的集合。

要素集合E可以分为若干子集Ei，例如一个企业，其要素集合可分为人员子集E1、设备子集E2、原材料子集E3、产品了集E4等；而人员子集E1，又可分为工人子集E11、技术人员子集E12、管理人员子集E13等。

即E = E1 U E2 U E3 U E4……

E1= E11 U E12 U E13 U E14……

另外，R= R1U R2 U R3 U R4……

式中：

R1——要素与要素之间，局部与局部之间的关系（横向联系）；

R2——局部与全局（系统整体）之间的关系（纵向联系）；

R3——系统整体与环境之间的关系；

R4——其他各种关系”[注]

照教课书的上述说法：

企业 = { E1 U E2 U E3 U E4，R1 U R2 U R3 U R4}

很明显，这是一条复杂而无解的集合式子。

事实上，根据本质结构规律的理论，分析企业系统应得出如下集合式子：

企业 = 领导1 R 供销1 R 生产1 R财务1

式中：领导1 、供销1 、生产1 、财务1这四个部门表示四个一级元素事物；R表示统一部署，协调互动，将四个部门组合成一个完整的系统，共同完成某种功能任务。

为什么很简单的企业系统，会被列出无解的复杂性集合式子？问题在于：现代的系统工程论没有“本质结构”的概念，看不到企业与原子和太阳系一模一样的共性；冒犯了系统元素事物必须各就各位、等级森严、不容错位的级别结构规律；混淆了一级、二级、三级……等等元素事物。却人为随意地把企业还原分解成：人员子集、设备子集、原材料子集、产品子集。这等于说：原子的要素集合，可分为上夸克子集、下夸克子集、中夸克子集、电子子集——这太荒唐了吧？

可以用一个很简单的实验，让普通人都容易明白上述的分析理论：

实验问题——自行车的所有另部件，分属系统的什么级别（或层次）？

请十个系统论和仿真学的教授，用5个小时回答这一问题。

实验的结果一定是这样：①十个教授有十种不同的答案；②同一个另部件，有置于第一级别，有置于第二级别，有置于第三级别……所有的教授都仿佛得了痴呆症。

当一个如此简单的实验，能在普罗大众面前将系统工程科学的荒谬性揭露无遗时，背后肯定隐藏着创新理论和超级智慧。

因此，系统本质模型的第一个，也是最重要的技术标准是：给出系统的二个或二个以上的一级元素事物。必要时，还得给出二级、三级……等等元素事物，及其排列与组合的事理（原理、规律）。

人类所创造的任何系统，它的一级元素事物及其排列与组合的模式或结构，实质上是一种架构。在这样的架构中，预设或封装了一条或几条主要的多米诺骨牌链。骨牌链的第一块由创建者启动，最后一块则是创建者的目的。例如，在企业系统中：资金投入→产品样品→采购材料→生产加工→销售产品→回收货款→资本增值。又如，在自行车系统中：脚蹬转动→链盘转动→链条转动→棘轮转动→后轮转动→前轮转动→人车前行。企业和自行车中的这些骨牌链的往复轮回的正常运行，体现了系统存在的功能和价值，这也正是系统本质模型的第二个技术标准。

预设、封装于系统中的骨牌链，其往复轮回的正常运行，是由系统中各级别的某些元素事物之间的同步一致的协调动作来完成的。由于内外因素的影响，这些协调动作的差错有一个量变累积至质变的过程，终使系统骨牌链中的某一块中断倒下，而影响整体系统的正常运行。例如，自行车中的轮胎和刹车皮，它们每天都少一点气或磨损一点。这些变化因为不会马上影响系统的正常运行，故称这为量变。但这些量变累积到临界点就会影响系统整体的正常运行。故将临界点的量变称之为质变。量变、质变的临界点，在机械系统中，习惯称之为易损件；在人文系统中习惯称之谓薄弱环节。找出这些可能的临界点，方便计算机监测预控，就成了系统本质模型的第三个技术标准。

所谓的系统本质模型，就是构成系统的一级元素集合模型。这种模型可以轻松解决开篇的三个问题外，更重要的是解决圣菲研究所无力解决的复杂性问题，使之成为简单性问题。半个世纪发展出来的多如牛毛的建模理论和方法，都将被无情淘汰。依照三个技术标准建立起来的本质模型理论，将一统系统工程的天下。

注：《系统工程引论》清华大学出版社

2009.5版11页

zan