综合集成方法的发

王帆孙成日系统工程的理论与应用研究，反映出现代科学技术发展的一种新趋势，这就是不同学科、不同领域之间相互交叉、结合以至融合，向综合性整体化的方向发展。其中不仅有同一领域内不同学科的交叉、结合，还有不同领域之间，如自然科学、社会科学、人文科学之间的相互结合以至融合，这已成为现代科学技术发展的重要特点。在这个方向上既有科学理论问题，也有技术与实践问题，还有方法论和方法问题。这里有很大的创新空间，也需要具有跨学科、跨领域能力的复合型创新人才。钱学森综合集成体系（综合集成思想、综合集成方法、综合集成理论、综合集成技术、综合集成工程）就是在这个方向上科学思想和科学方法的体现。下面从五个方面进行一些讨论。一、综合集成方法概述二、综合集成方法特点三、综合集成的系统理论与系统技术四、综合集成工程五、综合集成思想一、综合集成方法概述在这些研究和应用中，通常是科学理论、经验知识和专家判断相结合，形成和提出经验性假设（判断或猜想）。而这些经验性假设不能用严谨的科学方式加以证明，需借助现代计算机技术，基于各种统计数据和信息资料，建立起包括大量参数的模型，而这些模型应建立在经验和对系统的理解上并经过真实性检验。这里包括了感情的、理性的、经验的、科学的、定性的和定量的知识综合集成，通过人一机交互，反复对比逐次逼近，最后形成结论。实质是将专家群体、统计数据和信息资料三者有机结合起来，构成一个高度智能化的人机交互系统，它具有综合集成的各种知识，从感性上升到理性，实现从定性到定量的功能。二、综合集成方法特点•定性研究与定量研究有机结合；•科学理论与经验知识结合；•应用系统思想把多种学科结合起来进行综合研究；•根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起来；•必须有大型计算机系统支持，不仅有管理信息系统、决策支持系统等功能，而且还要有综合集成的功能。三、综合集成的系统理论与系统技术科学是认识世界的学问，技术是改造世界的学问，工程是改造世界的实践。从这样三个层次来看，现代科学技术已有了巨大发展，人类对客观世界的认识越来越深刻，改造客观世界的能力也越来越强。今天，科学技术对客观世界的研究与探索，已从渺观、微观、宏观、宇观直到胀观五个层次的时空范围，可用下图三来表示：宇观（相对论）宏观（牛顿力学）微观（量子力学）渺观（超弦？）胀观（？）典型尺度1040米＝1024光年1021米＝105光年102米10－15厘米10－34厘米生命（生命科学）生物（生物学）人类（人类学）人类社会（社会科学、人文科学）胀观（？）典型尺度1040米＝1024光年1021米＝105光年102米10－15厘米10－34厘米生命（生命科学）生物（生物学）人类（人类学）人类社会（社会科学、人文科学）其中宏观层次就是我们所在的地球，在地球上出现了生命、生物，产生了人类和人类社会。相应于这些不同部分和不同层次的研究，也就形成了今天所说的自然科学、社会科学、人文科学。概括地说，自然科学是关于自然规律的学问，可以概括为物有物理，简称为物理；社会科学是关于社会规律的学问，可以概括为事有事理，简称为事理；人文科学是关于人的学问，可以概括为人有人理，简称为人理。我们处理任何事物，都要物理对，事理明，人理通，才有可能取得成功。客观世界是相互联系、相互影响、相互作用的，因而反映客观世界不同部分规律的自然科学、社会科学、人文科学，也是相互联系、相互影响、相互作用的，我们不应把这些学问的内在联系人为地加以割裂，而应把它们有机联系起来去研究和解决问题。德国著名物理学家普朗克在上个世纪30年代，就曾提出“科学是内在的整体，它被分解为单独的整体不是取决于事物的本身，而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续链条，这是任何一处都不能被打断的链条”。这段话是很深刻的，科学的发展也证实了这个论断的科学性和正确性。现代科学技术的发展呈现出既高度分化，又高度综合的两种明显趋势。一方面是已有学科不断分化、越分越细，新科学、新领域不断产生；另一方面是不同学科、不同领域之间相互交叉、结合、以至融合，向综合性整体化的方向发展。这两种趋势是相辅相成，相互促进的。在这后一发展趋势中，不仅有同一领域内不同学科的交叉、结合，特别是不同领域之间，如自然科学、社会科学、人文科学之间的相互结合以至融合，这已成为现代科学技术发展的重要特点。在这一趋势中，先后涌现出系统科学、管理科学、软科学、复杂性科学等。在这个方向上的理论和应用研究，都应引起我们高度重视，这里有很大的创新空间。特别是这方面人才的培养，显得更加迫切。这类人才是具有跨学科、跨领域能力的复合型人才。对于这后一发展趋势，我们始终面临着如何把不同领域、不同学科以及不同层次的知识综合集成起来的问题，这样形成的知识和理论对客观事物的认识将更加深刻和更加全面。复杂性研究和复杂科学的积极倡导者Gell-mann，在他所著的《夸克与美洲豹》一书中，曾写道“研究已表明，物理学、生物学、行为科学，甚至艺术与人类学，都可以用一种新的途径把它们联系到一起，有些事实和想法初看起来彼此风牛马不相及，但新的方法却很容易使它们发生关联”。Gell-mann虽然没有说明这里所说的新途径、新方法是什么，但从他们后来关于系统工程、复杂适应系统的研究来看，这个新途径和新方法就是系统途径和系统方法。实际上，人类长期社会实践所积累起来的知识，如今已发展成为一个体系，这就是人类知识体系。在这个体系中，不同领域、不同学科、不同层次的知识，相互关联、相互影响共居一体，而且这个体系是开放的，随着科学技术的发展，这个体系也要发展。钱学森对这个体系的结构，曾提出过一个清晰的框架。一般来说，系统工程、不仅有自然属性，还有社会属性和人文属性。这些属性寓于在同一个系统之中。研究这个系统不仅需要自然科学，也需要社会科学、人文科学，系统本身就把这些学问联系起来了。这就需要把这些学问综合集成起来，才有可能全面、深刻地去认识系统。以管理科学为例，大家都认为管理科学是自然科学、社会科学、人文科学相互交叉、结合以至融合的研究领域。实际上，管理科学所面临的研究和应用对象都是系统，这些系统通常都是系统工程和，既有自然属性，又有社会属性和人文属性。在这种情况下，我们需要的是把自然科学、社会科学与人文科学综合集成起来研究系统的管理问题，而不是把它们分割开来仅从自然科学角度或仅从社会科学、人文科学角度去研究，然后再拼起来。这是两种不同的研究路线，也是两种不同的研究方法。前者需要综合集成方法，后者还是还原论方法。方法不同效果也就不会一样。现代科学技术向综合性整体化方向发展过程中，综合集成方法可以发挥重要作用。运用综合集成方法所形成的理论就是综合集成的系统理论。钱学森提出的系统学，特别是学，就是要建立这套理论。国外关于复杂性的研究，实际上是系统工程、的动力学问题，也是属于系统理论范畴综合性整体化的方向，不仅有科学层次上的理论问题，也有技术层次上的应用问题。在这方面，比较典型的是系统工程技术的出现与发展。系统工程是组织管理系统的技术，它根据系统总体目标的要求，从系统整体出发，运用综合集成方法把与系统有关的学科理论方法与技术综合集成起来，对系统结构、环境与功能进行总体分析、总体论证、总体设计和总体协调，其中包括系统建模、仿真、分析、优化、评估与设计，以求得可行的、满意的或最好的系统方案并付诸实施。由于实际系统不同，将系统工程用到哪类系统上，还要用到与这个系统有关的科学理论方法与技术。例如，用到社会系统上，就需要社会科学与人文科学方面的知识。从这些特点来看，系统工程不同于其它技术，它是一类综合性的整体技术、一种综合集成的系统技术、一门整体优化的定量技术。它体现了从整体上研究和解决问题的技术方法。系统工程的应用首先从工程系统开始的，用来组织管理工程系统的研究、规划、设计、制造、试验和使用。实践已证明了它的有效性，如航天系统工程。直接为这类工程系统工程提供理论方法的有运筹学、控制论、信息论等，当然还要用到自然科学技术有关的理论方法与技术。所以，对工程系统来说，综合集成也是其基本特点。当我们把系统工程用来组织管理系统工程和（包括社会系统）时，处理工程系统的方法已不够用了，难以用来处理系统工程、的组织管理问题。在这种情况下，系统工程也要发展。由于有了综合集成方法，系统工程便可以用来组织管理系统工程和了，这样系统工程也就发展了，已发展到系统工程工程和工程阶段。从综合集成的系统理论到综合集成的系统技术，中间也应有个过渡桥梁，它属于技术科学层次。王众托院士曾提出把这门学问称作“集成学”。考虑到综合集成的内涵和外延比通常所说的集成要广泛而深刻，因而称作“综合集成学”可能更贴切一些。四、综合集成工程把综合集成的系统理论与系统技术用于改造客观世界的实践中，就是综合集成工程。社会实践的特点是有明确目的性和组织性。要清楚干什么、为什么干、能不能干以及怎样干才能干得最好的问题。随着科学技术的发展、生产力的提高和社会进步，社会实践越来越丰富，也越来越复杂，突出表现在空间活动范围上越来越大，时间尺度变化上越来越快，层次结构上越来越复杂，效果和影响上越来越广泛和深远。在这种情况下，社会实践绝不是想干什么就干什么，想怎么干就怎么干。社会实践不仅有自然属性，还有社会属性和人文属性。这就使得社会实践具有高度的综合性、系统性、动态性和复杂性。实践作为一个过程，包括实践前形成的思路、设想、战略、规划、方案、计划以及可行性等，都应进行科学论证，以使实践的目的性、可行性等建立在科学基础上，而不是建立在经验、感情和意志的基础上，这就涉及到决策科学化问题；也包括实践过程中，要有科学的组织管理和协调，保证实践的有效性，以取得最好的效果；还包括实践后的总结和评估，检验实践的科学性与合理性，以利于今后再实践，这是一个正反馈过程。对任何一项具体实践或工程，都是一个具体的实际系统，是有人参与的实际系统。因此，社会实践是系统的实践，也是系统的工程。这样一来，有关实践的决策与组织管理等问题，也就成为系统的决策与组织管理问题，在这种情况下，系统的理论方法和技术应用到社会实践或工程中去，也就是很自然的事情了。要把系统工程应用到实践中，就必须有个运用它的实体部门，以航天为例，航天系统中每种型号都是一个工程系统，对每种型号都有一个总体，总体就是运用系统工程的实体部门。总体由熟悉这个工程系统的各方面专业人员组织，并由知识面比较宽广的专家（称为总设计师）负责领导。根据系统总体目标要求，总体设计的是系统总体方案，是实现整个系统的技术途径。总体把系统作为它所从属的更大系统的组成部分进行研制，对它所有技术要求都首先从实现这个更大系统的技术协调来考虑；总体又把系统作为若干分系统有机结合的整体来设计，对每个分系统的技术要求都首先从实现整个系统技术协调的角度来考虑，总体对研制中分系统之间的矛盾，分系统与系统之间的矛盾，都首先从总体目标的需要来考虑。运用系统方法并综合运用有关学科的理论与方法，对型号系统结构、环境与功能进行总体分析、总体设计、总体协调，包括计算机和数学为工具的系统建模、仿真、分析、优化、试验与评估，以求得满意的和最好的系统方案，并把这样的总体方案提供给决策部门作为决策的科学依据。一旦为决策者所采纳，再由有关部门付诸实施。航天型号总体在实践中已被证明是非常有效的，在我国航天事业发展中，发挥了重要作用。这个总体所处理的对象还是个工程系统。但在实践中，研制这些工程系统所要投入的人、财、物、信息等也构成一个系统，即研制系统。对这个系统的要求是以较低的成本、在较短的时间内研制出可靠的、高质量的型号系统，对这个研制系统不仅有如何合理配置资源问题，还涉及到体制、机制、战略、规划、计划、政策措施以及决策与管理等问题，见图。国际环境国际环境决策、决策支持、决策执行人力财力物力信息型号系列－工程系统组织管理体制机制政策、措施政市场军方府组织管理链决策、决策支持、决策执行体制、机制、政策、措施资源配置（人、财、物、信息）干什么?怎样干？怎样干得最好？干什么?为什么干？发展战略、规划、计划任务链基础研究技术开发型