今年12月11日是人民科學家錢學森百年誕辰紀念日。錢老一生對國家、對人民奉獻甚多,作為學者,其最大的貢獻是豐富了系統科學理論,率先提出並闡明了複雜系統科學的思想及其學科體系,這一理論已在中國得到了多方面的成功驗證。為進一步弘揚錢學森系統科學思想,上海系統科學研究院不久前在滬召開研討會,國內系統科學界諸多知名學者到會就錢學森系統科學的精髓、核心內容及其對當下社會經濟發展諸多領域的價值等發表真知灼見。本刊特摘發研討會上部分專家的觀點,並藉此紀念錢老。 ——編者
大成智慧工程與大成智慧學
錢學森1992年11月13日在一次談話中提出了大成智慧工程和大成智慧學的思想。他認為,我們現在搞的從定性到定量綜合集成技術,是要把人的思維,思維的成果,人的知識、智慧及各種情報、資料、信息統統集成起來,可以叫大成智慧工程。中國有集大成之說,集其大成出智慧。將這一工程進一步發展,在理論上提煉成一門學問,就是大成智慧學,是如何使人獲得智慧與知識,提高認識世界和改造世界能力的學問。大成智慧學與以往關於智慧或思維學說的不同在於:它是以馬克思主義辯證唯物論為指導,利用信息網絡,以人-機結合的方式,集古今中外智慧之大成的學問。大成智慧現在提出來,是有技術基礎的,這就是信息革命。
這樣的大成智慧工程,實際上是把計算機通過信息網絡的信息處理,與集體人腦思維的信息處理,兩者緊密結合起來,形成一個人為的開放複雜巨系統。在這個知識系統中,通過各種信息和生動的形象以及模擬的預想現象等,可以拓寬人們的視野,使人接觸到廣泛的世界,更準確地把握各種複雜巨系統的微觀與宏觀、現象與本質、相對穩定與持續發展的內在規律等。
大成智慧工程,其實質是第五次產業革命(信息革命)和科學技術體系的構建,形成了人機結合的思維體系。這個思維體系的主要特點是什麼?作為思維體系,其特點首先應體現為思維的特性,錢學森就此從智慧的形成提出了重要的創見。錢學森很重視熊十力的「性智」和「量智」的概念。熊十力認為,人的智慧有兩個方面:文化、藝術方面的智慧叫「性智」;科學方面的智慧叫「量智」。錢老說:「這樣看來,我過去說的科學技術體系屬『量智』;而文化體系屬『性智』。」他從智慧的形成進一步提出:「科學技術體系中從自然科學、社會科學、數學科學、系統科學、人體科學、思維科學、軍事科學、行為科學到地理科學這9大部門都由量智與性智建立起來的,但表現出來的則是量智。而文藝這一部門與眾不同,雖然也是由性智與量智並用的,但表現出來的則是性智。這就是文藝和美學的特點,與眾不同。當然,從發展和深化了的馬克思主義哲學來看,從大成智慧學的角度來看,這十大部門又是統一的。這就是大成智慧學的威力!」
錢學森在2001年3月20日接受文匯報記者採訪時說:「結合現代信息技術和網絡技術,我們將能集人類有史以來的一切知識、經驗之大成,大大推動我國社會物質文明和精神文明建設的發展,實現古人所說『集大成,得智慧』的夢想。智慧是比知識更高一個層次的東西了。如果我們在21世紀真的把人的智慧都激發出來,那我們的決策就相當高明了。」
顧基發(國際系統研究聯合會原主席,中國系統工程學會原理事長,國際系統與控制研究院院士)
當代系統思想的新範式和智慧結晶
錢學森系統科學思想的形成和發展大體可分為三大階段:第一階段從上世紀50年代到70年代末,這一階段的思想內涵集中體現於《工程控制論》和《組織管理的技術——系統工程》;第二階段的創新發展凝結在1990年發表的《一個科學新領域——開放的複雜巨系統及其方法論》;第三階段的深化研究,標誌是2001年發表的《以人為主發展大成智慧工程》。
20世紀中葉,由於生產力的巨大發展,出現了許多大型、複雜的工程技術和社會經濟的問題,它們都以系統的面貌出現,都要求從整體上加以優化解決。1954年錢學森撰寫的《工程控制論》,以及1948年到1957年發表的《論技術科學》,不僅是對系統科學發展的重大貢獻,也鮮明體現出這些時代精神。
1955年回國後,錢學森在「兩彈一星」巨大科技工程中作出的傑出貢獻,以及1978年在文匯報上發表的總結性的文獻《組織管理的技術——系統工程》,都顯示出那個不平凡年代裡艱苦奮鬥、自力更生、自主創新的時代精神。
上世紀80年代和90年代,是我國改革開放與快速發展的年代,也是世界各國走上全球化、信息化、網絡化的年代,世界科學技術發展趨勢越來越向學科交叉,文化融合,超越還原論,研究系統複雜性發展。錢學森在這20多年裡,提出了原創性的「開放的複雜巨系統及其方法論」,提出了「大成智慧工程和大成智慧學」,也顯示了當代科學發展的特徵。
錢學森在2001年曾說:「23年來,系統工程和系統科學已經有了很大發展,我們已經從工程系統走到了社會系統,進而提煉出開放的複雜巨系統的理論和處理這種系統的方法論,即以人為主、人-機結合,從定性到定量的綜合集成法,並在工程上逐步實現綜合集成研討廳體系。將來我們要從系統工程、系統科學發展到大成智慧工程,要集信息和知識之大成,以此來解決現實生活中的複雜問題。」
2005年錢老寄語系統科學工作者和科技界:「今天的科學已經不是自然科學那一點東西,而是人類認識客觀世界、改造世界的整個知識體系。我希望大家能用這樣一個體系,去觀察、分析、研究和解決問題,而不僅僅是用幾門學科的知識或者這些學科的交叉。若能這樣,那就厲害嘍。」
人類歷史發展到上世紀中葉,系統思想經歷了從經驗到哲學到科學、從思辨到定性到定量的發展,這個趨勢還將繼續下去。綜觀錢學森系統科學思想發展過程的時代背景,及其主要內涵和特色,使我們認識到:錢學森系統科學思想是在全球化、信息化、網絡化時代,中西文化交融的複雜系統思想,是當代系統思想的一種新範式和智慧結晶。我們要深入學習弘揚錢學森系統科學思想,為造福國家、造福人類作出更大貢獻。
郭雷(中科院院士、中科院數學與系統科學研究院院長,上海系統科學研究院院長,國務院學位委員會委員)
系統科學的基礎理論
自上個世紀80年代初開始,錢學森先生就把主要精力投入到學術研究之中,致力於發展系統科學的基本理論。錢學森指出,創建系統學是發展整個系統科學學科體系的基礎,「創建系統科學的基礎理論——系統學已經是時代給我們的任務。你不把這門學問搞清楚,把它建立起來,你就沒有一個深刻的基礎認識。」「我覺得系統學的建立,實際上是一次科學革命,它的重要性絕不亞於相對論或量子力學。」因此,他積極倡導和推動創建系統學的工作,在發展系統科學基本理論這一學術方向上,作出了許多建設性的貢獻,概括起來包括以下幾個方面:
(1)明確界定了系統學的學科性質。指出系統學是研究系統結構與功能(系統的演化、協同與控制)一般規律的科學,是研究系統一般規律的基礎科學。
(2)提出了建立系統學的基礎和途徑。錢學森強調,系統學的任務在於從組成系統的單元的性能和相互作用推導出整個系統的結構(有序化)及功能。發展系統科學基本理論,需要從各相關學科的發展中去綜合、抽象和提煉,除了需要從系統工程實踐以及運籌學、控制論、資訊理論等這些系統科學體系內的技術科學去提煉、概括以外,還需要從自然科學中的物理學、化學、生物學等學科中汲取素材,特別是與系統的演化與協同有關的自組織理論、非線性系統動力學、超循環理論等,它們都揭示了許多的系統規律。
(3)強調了系統科學基本理論的幾個重要概念,包括:結構與功能的關係和層次性。
(4)指出了具體的研究內容和方向。例如,地球上生命演化過程。他指出,「從無生命到有生命,然後進一步的生命演化現象,這裡面有過程演化的大量素材,也有許多沒有解決的問題,是系統學的一個可用武之地」。錢學森先生還指出:腦科學、思維科學,以及心理學基本理論的突破在於找出人體巨系統的規律,這完全得靠系統學。同時,從大腦到思維的關鍵問題是從神經元的微觀到思維這一宏觀現象,應該強調網絡或系統的整體作用。在更宏觀的尺度上,地理科學也必須用系統科學的方法,從系統的角度考慮地球表層與人類社會活動的相互影響。
錢學森指出,開放複雜巨系統的行為需要一個新的概念來描寫。他提出:「開放的複雜巨系統的整體行為描述,要用系統狀態(system state)這個概念,如有奇異吸引子,即為系統態(system eigenstate)。微觀混沌(就其無序意義來說)是宏觀有序的基礎。社會經濟系統的『良性循環』、『協調發展』就是一種系統態。我國社會系統的系統態正在從改革前的系統態轉化為改革開放後的系統態。」錢學森對於「系統態」這個概念,非常重視,他說:「這樣『開放複雜巨系統學』有了第一步了!」
方福康(國務院學位委員會原委員兼一級學科系統科學評議組召集人,北京師範大學原校長、教授)
弘揚錢學森系統科學思想是上海系統工程界的歷史使命
在錢老的支持下,上海理工大學與中科院數學與系統科學研究院於2005年1月聯合組建了「上海系統科學研究院」,六年多來在聯合全國系統科學界同仁推動系統科學學科建設、弘揚錢學森系統科學思想方面做了一系列工作。
上海系統工程學會多年來大力開展系統工程的研究和應用,特別重視研究和弘揚錢學森系統科學思想。在《2008~2009系統科學與系統工程學科發展報告》中,全面總結了我國和上海市在錢老直接推動下,在錢學森系統科學思想的啟迪和引導下,建設系統科學與系統工程的成就和經驗。在《2010~2011上海市系統科學與系統工程學科發展報告》中,系統研究了錢學森系統科學思想的形成、發展和意義,系統闡述了錢學森系統科學思想的主要內涵,有力推動了學習弘揚錢學森系統科學思想的開展。
進入21世紀以來,國際科技界奏起了一個新旋律——複雜系統研究。2003年美國教育部在全國範圍,對「複雜性科學的應用」進行了全面系統的調研。2003年開始,美國在每年的高峰論壇及其文集《工程科學前沿》中,刊載複雜系統研究論文,2005年特別刊載了「複雜系統工程」專題一組文章。2006年歐洲複雜系統學會發布了《歐盟複雜系統研究路線圖2007-2013》,文章提出,複雜系統科學將是21世紀的核心科學。2007年2月,英國皇家工程院和英國醫學科學學院共同發布了題為《系統生物學:一個工程和醫學新視角》的長篇研究報告。2009年9月由美國普林斯頓和麻省理工等十所著名高校聯合組成「美國網絡科學與工程委員會」,並提出「網絡科學與工程研究路線圖」。這些信息顯示出複雜系統研究已進入國際科技前沿的重要地位。發達國家在發展系統科學方面,已在宏觀層面採取實質行動。
我國應發揮已有的優勢,在弘揚錢學森系統科學思想的基礎上,走在世界複雜系統研究的前面。
錢學森開拓創建系統科學的過程,始終緊密聯繫我國社會主義現代化建設,緊密聯繫國內外科學技術的發展,始終強調「要從整體上考慮並解決問題」,因此,錢學森系統科學思想不僅是有重要意義的理論創新,更有其重要的現實指導意義。
上海已經為系統科學與系統工程的發展作出了歷史的貢獻,上海系統科學與系統工程界的同仁有責任,今後更好地肩負起弘揚錢學森系統科學思想的歷史使命,深入學習研究錢學森系統科學思想,為上海和國家的社會主義現代化建設做出新的成績。
許曉鳴(上海系統科學研究院院長,中國系統工程學會副理事長,上海市系統工程學會理事長,上海理工大學校長、教授)
發展系統科學中國學派
關於形成和發展系統科學的中國學派,錢老認為包括他自己在內的一些中國學者幾十年來就是在努力做這件事,他在1994年11月13日致許國志的信中就說:「毛主席早在1956年就指出:『在自然科學方面,我們也要做獨創性的努力,並且要用近代外國的科學知識和科學方法來整理中國的科學遺產,直到形成中國自己的學派。』我們中國人在系統科學不是這樣幹的嗎?從外國50年代初的operational research到運籌學,從運籌學、資訊理論到系統工程,到系統科學。形成系統科學的三個層次,概括為系統論,最後上升到馬克思主義哲學。又引用中國古代整體觀,創立了開放複雜巨系統學、從定性到定量綜合集成法等等。您都參加了這些工作,有貢獻!我們都在做毛主席要我們做的事:形成中國自己的學派!您和我都還要繼續努力啊!」
上世紀以來,系統科學研究已經形成了一些有重大影響的理論和有特色的研究「學派」。其中有以非線性自組織理論為基本內容的「歐洲學派」;以複雜自適應理論為代表的「美國學派」;以開放的複雜巨系統理論為代表的「中國學派」。
歐洲學派是以普利高津、哈肯及其學派為研究主體的。他們把物理系統和化學系統的自組織理論(耗散結構理論、協同學)嚴密化、體系化,同時努力使這些理論普適化,拓展到生物系統、經濟系統和社會系統。他們非常重視吸收和運用非線性科學的成果,許多定量分析、概念和方法是和非線性科學相同的。
美國學派其主要研究基地是美國的聖菲研究所。CAS(複雜適應系統)理論是1994年霍蘭提出的。他們把系統元素理解為「活的」、具有主動適應能力的主體,引進了宏觀狀態變化的「湧現」(emergence)概念,從而對從簡單中能夠產生複雜的觀念進行了邏輯性的闡述。
以錢學森為代表的中國系統科學工作者,提出了開放的複雜巨系統及其方法論,把研究基點放在「人的因素」上,就是說放在以人為元素的系統或者有人的因素的系統。開放的複雜巨系統的四類典型系統:地理與生態環境系統、社會經濟系統、人體系統、人腦系統,其共同特點是都涉及生命現象,而且是涉及人的高級生命現象。人具有意識,人的主動性的本質,體現在能動地認識世界和改造世界;人,不僅有自然屬性,還有社會屬性和精神屬性。錢學森對於「人具有意識」特別重視。
由於人的因素極端複雜,開放的複雜巨系統的研究,目前還沒有形成從微觀到宏觀的理論,但有了研究這類系統的方法論,就是錢學森與其合作者提出的「從定性到定量綜合集成方法」和「從定性到定量綜合集成研討廳體系」。這是方法論上的創新,給出了研究和解決複雜巨系統和複雜性問題的有效途徑。
汪壽陽(中國系統工程學會理事長,中科院數學與系統科學研究院副院長、研究員)
現代科學技術體系與知識系統工程
現代科學技術體系的建立是錢學森用馬克思主義哲學做指導總結出來的。早在1957年,他發表了一篇重要文章,題為「論技術科學」。文章闡述了科學領域中三個層次的觀點,即基礎理論、技術科學、應用技術三個層次,並以自己親身參與美國應用力學發展的深刻體會,論述了技術科學的重大意義與作用。回國後,又經過20多年從事航空航天技術的實踐與經驗積累,於20世紀80年代初把原來人們心目中的自然科學和社會科學兩大部門,先後加上數學科學、系統科學、思維科學、人體科學、地理科學、軍事科學、行為科學、建築科學和文藝理論,擴展到11個,形成一個體系。
錢學森的系統思想在科學技術體系中的體現,最核心之處是:基於各門科學研究的對象都是統一的物質世界,區分只是研究的角度不同。這就從根本上溝通了以往各門學科之間原本是一體的關係,也必然使辯證唯物主義與各門科學內在地、緊密地熔鑄在一起。從這個觀點來看,自然科學是從物質在時空中的運動、物質運動的不同層次、不同層次的相互關係這個角度來研究客觀世界的;社會科學是從人類社會發展運動以及它和客觀世界相互影響這個角度來研究客觀世界;數學科學是從質和量的對立統一、相互轉變的角度來研究客觀世界的。
整個體系縱向分為三大層次,最高層次是馬克思主義哲學,即辯證唯物主義,最下面的層次是現代科學技術的十一大部門,其間通過十一架「橋梁」把馬克思主義哲學與十一大科學技術部門聯在一起。
在體系的外圍,還有未形成科學體系的實踐經驗的知識庫以及廣泛的、大量成文或不成文的實際感受,如局部的經驗、專家的判斷、行家的手藝等也都是人類對世界認識的珍寶,不可忽視。
按照錢老的現代科學技術體系,我們提出建立知識系統工程學科。知識系統工程把對知識管理的重點放在信息管理上、重點放在人的管理上和著眼於知識資產的研究這幾條主線進行集成。知識系統工程學科的另一個特點是可以把知識運作和知識管理有機地集成起來。
知識管理與創新研究是當前管理學科的重點之一。我們通過建立知識系統工程學科來研究和實現知識的有效應用和創新,希望通過學科的交叉與融合推動知識學科的建立和應用。多年來我們按照這一思路建立了學科的構架,研究了有關的理念、方法和工具,開發了一批知識管理系統。但為了迎接未來的挑戰,還有大量工作要做,我們還需要奮力工作,以不辜負錢老生前對學科發展的期望。
王眾託(中國工程院院士,中國系統工程學會原副理事長,大連理工大學知識科學與技術研究中心主任)
開放的複雜巨系統及其方法論
系統科學以系統為研究對象,而系統在自然界和人類社會中是普遍存在的。例如,按照系統的形成和功能是否有人參與,可劃分為自然系統和人造系統,太陽系就是自然系統,而工廠企業是人造系統,按系統與其環境是否有物質、能量和信息的交換,可將系統劃分為開放系統和封閉系統,按系統狀態是否隨著時間的變化而變化,可將系統劃分為動態系統和靜態系統。還可將系統劃分為物理系統、生物系統、生態環境系統等。
從組成系統的子系統以及子系統種類的多少,以及它們之間關聯關係的複雜程度來看,簡單系統是指組成系統的子系統數量比較少,它們之間的關係比較單純。某些非生命系統,如一臺測量儀器,這就是小系統。如果子系統數量非常大(成千上萬、上百億、萬億),則稱作巨系統。若巨系統中子系統種類不太多(幾種、幾十種),且它們之間關聯關係又比較簡單,就稱作簡單巨系統,如雷射系統。
如果子系統種類很多並有層次結構,它們之間關聯關係又很複雜,這就是複雜巨系統。如果這個系統又是開放的,就稱作開放的複雜巨系統。例如:生物體系統、人腦系統、人體系統、地理系統(包括生態系統)、社會系統、星系系統和信息網絡系統等。這些系統無論在結構、功能、行為和演化方面,都很複雜,以至到今天,還有大量的問題,我們並不清楚。
20世紀80年代末到90年代初,錢學森先後提出「從定性到定量綜合集成方法」及其實踐形式「從定性到定量綜合集成研討廳體系」。
從定性到定量綜合集成方法是在以下三個複雜巨系統研究實踐的基礎上,提煉、概括和抽象出來的:①,在社會系統中,由幾百個或上千個變量所描述的定性定量相結合的系統工程技術,對社會經濟系統的研究和應用;②,在人體系統中,把生理學、心理學、西醫學、中醫和傳統醫學以及氣功、人體特異功能等綜合起來的研究;③,在地理系統中,用生態系統和環境保護以及區域規劃等綜合探討地理科學的工作。
在這些研究和應用中,通常是科學理論、經驗知識和專家判斷力相結合,提出經驗性假設(判斷或猜想);而這些經驗性假設不能用嚴謹的科學方式加以證明,往往是定性的認識,但可用經驗性數據和資料以及幾十、幾百、上千個參數的模型對其確實性進行檢測;而這些模型也必須建立在經驗和對系統的實際理解上,經過定量計算,通過反覆對比,最後形成結論;而這樣的結論就是我們在現階段認識客觀事物所能達到的最佳結論,是從定性上升到定量的認識。
於景元(國務院學位委員會原委員兼一級學科系統科學評議組成員,中國航天科技集團公司710研究所科技委主任、研究員)
系統工程引導我國管理教育健康發展
1978年9月,錢學森、許國志、王壽雲在文匯報發表長篇文章「組織管理技術——系統工程」,該文的最後一部分專門談組織管理的人才問題,明確提出要辦組織管理方面的高等院校,建議恢復工程院校原有的工業企業管理課,舉辦理工結合的組織管理科學技術大學,不是辦一所或幾所,而是要辦幾十所以至上百所。錢學森從系統觀剖析管理學科的知識域,認為管理學科發展需要和理工密切結合。這種特色符合管理學科發展的規律。
錢學森看得很清楚,管理是一門科學,又是一門藝術,從思維角度來說,管理者既要運用邏輯思維又要運用形象思維,所以,他提出解決複雜系統問題的方法是「從定性到定量綜合集合方法」,即是說,以形象思維為主的經驗判斷(體現藝術)到以邏輯思維為主的精密論證過程(體現科學)。
錢學森按照他的工程技術-技術科學-基礎科學的科學技術體系結構理論,從系統觀來審視並創新性地提出管理學科的知識構架。他把系統工程即組織管理技術列為工程技術層次。工程技術的理論基礎是技術科學,作為系統工程基礎理論的技術科學便是運籌學。系統學則屬於基礎科學層次。
按錢學森的觀點,組織管理技術要講求它的「實踐性和實際效果,按具體的環境和條件解決實際問題。」「要具體、要可行的措施,也就是實幹。」他不同意把系統工程稱作系統工程學,原因之一是「想強調系統工程是要改造客觀世界的,是要實踐的。」因此,要提高組織管理效率,只有原則,設想還不夠,要「把傳統的組織管理工作總結成科學技術,並使之定量數值化」,要有可以分析一個系統的科學方法和技術。
錢學森認定運籌學是系統工程的共同理論基礎,屬於技術科學層面的學科,它「包括系統工程的特有數學理論:線性規劃、非線性規劃、博弈論、排隊論、庫存論、決策論、搜索論」等,並指出「除了運籌學,系統工程的共同理論基礎還有計算數學」,此外,每門系統還有其特有的專業理論基礎,如工程系統工程的特有專業基礎是工程設計,企業系統工程是生產力經濟學等。
錢學森從系統觀出發為組織管理學科梳理出的三層次的知識結構,對於組織管理學科的知識域給出清晰的界定。今天重溫錢老關於系統工程和組織管理和各種論說,不僅是緬懷他的功績,更重要的是要深入學習和研究錢學森關於系統工程-運籌學-系統學三層次科學技術體系的思想,因為它指明了中國管理學科的發展空間和前景。
汪應洛(中國工程院院士,國務院學位委員會一級學科管理科學與工程評議組原召集人,西安交通大學管理學院名譽院長、教授)
(原載於《文匯報》 2011-12-07 12版)