系统工程引论(第4版)
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1.3.1 按照系统属性分类

1.按自然属性分:自然系统与社会系统

自然系统是自然形成的、单纯由自然物(天体、矿藏、生物、海洋等)组成的系统,例如太阳系、地质构造、原始森林。它们不具有人为的目的性与组织性,所以不是系统工程直接研究的对象。但是,如何组织科学技术队伍去研究天体现象(例如日食、月食)或勘探、开发利用地下矿藏和地面资源,则是系统工程的任务。实际上,这时自然系统已转化成社会系统。

所谓社会系统,是由人介入自然界并且发挥主导作用而形成的各种系统。它们具有人为的目的性与组织性。

社会系统,按照其研究对象,可以分为经济系统、教育系统、行政系统、医疗卫生系统、交通运输系统、科技系统、军事系统等,其中经济系统又可以进一步细分为工业系统、农业系统,工业系统又可以进一步细分为重工业系统、轻工业系统、化工系统,等等。

自然系统及其规律是社会系统的基础。值得指出的是,社会系统(尤其是工业企业)常常导致自然系统的破坏,造成各种公害,正确处理两者之间的关系(控制污染,保护环境)是系统工程的重要课题。今天,保护环境、保护生态、实现可持续发展,已经成为全人类的共识。

2.按物质属性分:实体系统与概念系统

实体系统是由物质实体所组成。物质实体,包括矿物、生物、能量、机械等各种自然物和人造物。人是有主观能动性的物质实体。概念系统则是由概念、原理、法则、制度、规定、习俗、传统等非物质实体所组成,是人脑和习惯的产物,是实体系统在人类头脑中的反映。

机械系统是实体系统。但是它的运行需要利用技术(方法、程序等),而后者是概念系统。在实际系统中,实体系统与概念系统是紧密结合在一起的。实体系统是概念系统的基础,概念系统为实体系统提供指导和服务。

实体系统又叫作“硬系统”,它主要由硬件组成;概念系统又叫作“软系统”,它主要由软件组成。

3.按运动属性分:静态系统与动态系统

所谓静态系统是其状态参数不随时间显著改变的系统,没有输入与输出,例如未开动的洗衣机,停工待料的工厂等。如果系统内部的结构参数随时间而改变,具有输入、输出及其转化过程,则谓之动态系统。如生产系统、交通系统、服务系统、人体系统等均是动态系统。系统的静态与动态是相对划分的。严格的静态系统是难以找到的。只是有些系统在我们考察的时间尺度之内,其内部结构与状态参数变化不大的情况下,为研究问题方便,忽略这些结构与参数的改变,将其近似视为静态系统而已。寒暑假期间的学校,教学活动停止了,学生大部分回家了,机关部门也半休或全休,此时的学校可以说是处于静止状态,成为静态系统了。

4.按系统与环境间的关系分:开放系统与封闭系统

系统与外界环境之间存在着物质的、能量的、信息的流动与交换的,称为开放系统。如果系统与环境之间不发生这些流动与交换,则称为封闭系统。实际上,严格的封闭系统是难以找到的。为了研究问题的方便,有时忽略一些较少的流动与交换现象,将这种系统近似看成为“封闭系统”。流动现象有两类:一类是由环境向系统的流动,称为系统的“输入(input)”或“干扰(interference)”;另一类是由系统向环境的流动,称为系统的“输出(output)”。用圆圈表示系统,用箭头方向指向系统的箭线表示输入,用箭头方向离开系统的箭线表示输出,则一般的开放系统可用图1-4来表示。

图1-4 开放系统的一般表示

开放系统是动态的、“活的”系统,封闭系统是僵化的、“死的”系统。系统由封闭走向开放,就可以增强活力,焕发青春。

5.在开放系统中,按反馈属性分:开环系统与闭环系统

系统的输出反过来影响系统的输入的现象,称为“反馈(feedback)”。增强原有输入作用的反馈称为“正反馈”;削弱原输入作用的反馈称为“负反馈”。负反馈使得系统行为收敛,正反馈使得系统行为发散。通常讲的“良性循环”与“恶性循环”,实际上都是正反馈作用的表现。

没有反馈的系统为开环系统。具有反馈的系统为闭环系统。系统的反馈主要是信息反馈。一般来说,“反馈”是指负反馈。

开环系统可以用图1-5表示,闭环系统可用图1-6表示。

图1-5 开环系统的一般表示

图1-6 闭环系统的一般表示

6.按照人在系统中工作的属性分:作业系统与管理系统

人类的全部活动可以分为两大类:作业活动与管理活动。作业活动是人类生活、生产中最基本的活动,直接作用于外界或自身(例如吃饭、穿衣、走路、睡觉、劳动生产等),称为“第一类活动”;管理活动作用于作业活动,是对各种作业进行编排和组织,称为“第二类活动”。第二类活动以第一类活动为服务对象,使得第一类活动能够有条不紊地进行,实现预定的目标。在任何一项工程中,作业系统与管理系统是紧密结合,难以截然分离的。即便在个人的日常生活中也是这样。

自然界和人类社会的许多系统是十分复杂的,以上分类并不是绝对的。一个复杂的系统往往是多种系统形态的组合与交叉。系统工程所研究的系统,是动态的、开放的、具有反馈的社会系统,是包含实体系统和概念系统在内的复合系统。系统工程是组织管理系统的技术。