系统科学概论

2020/5/41系统科学概论SystemsScience2020/5/4通神明之德类万物之情2主要内容一、系统的概念二、系统理论三、信息与控制四、系统思考工具五、系统动力学建模六、自组织与混沌2020/5/4通神明之德类万物之情32020/5/4通神明之德类万物之情4主要教材及参考书(1)谭璐、姜璐：《系统科学导论》，北京师范大学出版社，2009。(2)常绍舜：《系统科学方法概论》，中国政法大学出版社，2004。(3)杨博文：《社会系统工程概论》，石油工业出版社，2008。(4)汪应洛：《系统工程》，机械工业出版社，2008。(5)许国志：《系统科学》，上海科技教育出版社，2000。2020/5/4通神明之德类万物之情5第一讲系统的概念1．引例2.系统是什么3.系统的特征与类型4.系统同形性举例5.啤酒游戏2020/5/4通神明之德类万物之情6青蛙与睡莲一群青蛙幸福地生活在一个大池塘的一角，池塘的另一边是一片睡莲。一天，池塘里面流进了一些刺激睡莲生长的化学污染物，它们可以让睡莲每24小时增长一倍。如果睡莲可以在50天内覆盖整个池塘，而青蛙有一种阻止睡莲生长的方法，但是需要花10天时间来将这个方法付诸实施。那么，什么时候池塘会被覆盖一半？在池塘被睡莲覆盖的面积达到多少时，青蛙才有可能采取行动去挽救它们自己？启示：为什么我们总是不能正确判断局势？1．引例2020/5/4通神明之德类万物之情7Y23理论设Yt+1=Yt2当Yt=1，Yt+1永远是1当Y1=1.0000001时，t=23以后，Yt+1将会突增Y30=2.07*1023启示：为什么我们总是忽视细节的力量？2020/5/4通神明之德类万物之情82020/5/4通神明之德类万物之情92020/5/4通神明之德类万物之情10为什么越保护大象的数量越少？我们一直认为非洲的大象遭到越来越多的屠杀是因为偷猎者越来越猖狂，是因为对大象的保护力度不够，殊不知这种现象的形成可能正源于人们对于大象的保护。由于大象被保护起来，象牙随之减少；当象牙减少的时候，象牙价格会大幅上升；当象牙的价格上升到一对象牙在黑市可以卖到12000美金的时候，大象就会遭到更多的屠杀。启示：为什么我们总是越搞越糟？2020/5/4通神明之德类万物之情112020/5/4通神明之德类万物之情12煮青蛙现象把一只青蛙扔进很烫的水中，它会立刻意识到危险，并马上跳出，而把它放进冷水中，最初它会感到很舒适，当温度不断升高，它意识到危险时，因身体虚脱而无法逃脱告诫我们不仅要挑战环境的剧烈变化，更要警惕缓慢渐进的变化。特别注意那些细微以及不太寻常的变化。启示：为什么我们总对危险茫然不知？2020/5/4通神明之德类万物之情13小学生的数学题有“5，5，5，1”四个数，请让他加减乘除等于24，要求每个数都要使用，但只能用一次。启示：如何“搭配”原来如此神奇！2020/5/4通神明之德类万物之情14聪明的一休智斗大力士有一个大力士，常常欺负老百姓。一休知道后，决定要跟他比力气。第一场：“请大人坐在台子上，我用食指顶着你的额头，要是你能站起来的话，我就输了。”第二场：“你能一拳把石板上的蚂蚁打死吗?”。一休则只用一个小手指就能把它摁死。启示：找到杠杆解就会事半功倍；选择正确的路径是解决问题的关键。2020/5/4通神明之德类万物之情152.系统是什么定义具有特定功能的、由若干相互关联的要素组成的有机整体。例：CAU管理机关2020/5/4通神明之德类万物之情16热带雨林食物链系统实例2020/5/4通神明之德类万物之情17池塘生态系统2020/5/4通神明之德类万物之情18生态农业系统2020/5/4通神明之德类万物之情192020/5/4通神明之德类万物之情20电信行业生态系统2020/5/4通神明之德类万物之情21跨国公司集聚生物圈2020/5/4通神明之德类万物之情22城市是一个开放的复杂巨系统2020/5/4通神明之德类万物之情23M型领导模式分析2020/5/4通神明之德类万物之情243.系统的特征与类型系统的主要特征行为整体性：整体突现；整体大于个体之和。要素多元性：两个以上要素构成；多元系统；无限系统结构层次性：子系统；不同层次有不同涌现；同层内和层次间作用（例：人的系统）功能有效性：整体贡献；效率；功能结构环境适应性：环境依赖；环境约束；系统边界演化动态性：结构形态变化；形成、发育、存续、老化、解体。（例：青蛙生活史）2020/5/4通神明之德类万物之情25人的系统层次结构2020/5/4通神明之德类万物之情26青蛙生活史2020/5/4通神明之德类万物之情27系统的类型划分按形成过程：自然系统；人工系统；复合系统按构成要素：实体系统；概念系统按运动状态：静态系统；动态系统按环境关系：孤立系统；封闭系统；开放系统按功能目标：控制系统；行为系统按规模大小：小系统、大系统、巨系统按复杂程度：简单系统、复杂系统按对象性质：农业、工业、金融、交通......2020/5/4通神明之德类万物之情284.系统同形性举例指数增长dQ/dt＝aQ，其解为Q=Q0eat，其中Q0为Q的初值。a0：细菌繁殖；人口增长；连锁信；复利计算；传销a0：细菌中毒；种群灭绝；放射性衰变；恐怖主义2020/5/4通神明之德类万物之情29摩尔定律（1965年）每18个月，芯片上集成的晶体管数量将翻一番2020/5/4通神明之德类万物之情30Internet安全威胁事件2020/5/4通神明之德类万物之情31中国人均GDP2020/5/4通神明之德类万物之情32Logistic曲线dQ/dt＝aQ-bQ2，其解为Q=aceat/(1-bceat)c由初始条件决定。资源限制时的指数增长。2020/5/4通神明之德类万物之情33城市化进程2020/5/4通神明之德类万物之情342020/5/4通神明之德类万物之情352020/5/4通神明之德类万物之情362020/5/4通神明之德类万物之情375.啤酒游戏•••MIT网址：通神明之德类万物之情38制造商批发商零售商信息流物流每周4箱库存12箱订单每周1次，但1个月后才能到货每周4货车库存12货车订单每周1次，但1周后才能到货每周4批库存12批酿酒时间需要2周2020/5/4通神明之德类万物之情39零售商订货量010203040周246810121416182022到货量010203040周2468101214161820222020/5/4通神明之德类万物之情40库存-300306090120周2468101214161820222020/5/4通神明之德类万物之情41批发商订货量020406080周246810121416182022到货量015304560周2468101214161820222020/5/4通神明之德类万物之情42库存-1000100200300周246810121416182022实际销售量015304560周2468101214161820222020/5/4通神明之德类万物之情43订货量01020304050周246810121416182022产量01020304050周246810121416182022制造商2020/5/4通神明之德类万物之情44库存-60060120180周246810121416182022c实际销售量0816243240周2468101214161820222020/5/4通神明之德类万物之情45究竟发生了什么事？客户需求0816243240周2468101214161820222020/5/4通神明之德类万物之情46第五项修炼2005年彼德.圣吉在浙江大学2020/5/4通神明之德类万物之情47启示：结构影响行为结构会影响系统的总合行为。不同的人，置身于相似的结构当中，倾向于产生类似的结果。参与系统的各个份子，常常只见树而不见林，只能针对眼中所见的local信息，做local的最佳决策。每个人的local最佳决策，不见得会导致整个系统的global最佳决策。每个人都在自己的岗位上，以自己的理性，尽力做好行动与判断决策。缺乏系统观，就无法跳脱这种结构所囿限的个体行为。2020/5/4通神明之德类万物之情48啤酒游戏中的智障“局限思考”。人们无法看到自己的行动如何影响其他的角色。“归罪于外”。当问题发生时，把责任推向参加游戏的其他角色，甚至顾客。“主动积极”。为解决问题发出更多的订单，反而把事情弄糟。“被煮的青蛙”。超量订购是逐渐累增的，没有人意识到情况的严重性，直到情况已无法扭转。“未能从经验学习”。自己的行动在系统内其他地方所引起的后果，最后回过头来造成自己的问题，却责怪他人。“管理团体迷失”。当决策出问题时，各种角色的团体只会互相归咎责备，无法共同学习。2020/5/4通神明之德类万物之情49供应链牛鞭效应一个小幅的扰动，透过整个系统的加乘作用，竟使订购量都大幅增加，然后再陡然下降。而且愈往上游愈放大。2020/5/4通神明之德类万物之情50实例•1989年美三大汽车商通生产的汽车远高于销售量，经销商库存不断累积，造成大幅度裁员。•整个国家的经济也常经历所称“存货加速器理论”的商业景气循环。•房地产业抢购的盛况以及随后严重的滞销。•各种服务业也常发生这种类似波动。2020/5/4通神明之德类万物之情51第一讲思考题1.剖析2008年麦道夫金融欺诈案的实质2.举出一个指数增长或逻辑斯蒂增长的实例，分析其变化规律及成因。3.经济发展中产业集群效应举例。4.供应链牛鞭效应举例。5.如何解决“啤酒游戏”的困境。2020/5/4通神明之德类万物之情52第二讲系统理论1．中国古代系统思想2.西方传统思想3.系统理论的形成4.系统工程技术5.中国系统科学发展与应用6.系统工程应用举例2020/5/4通神明之德类万物之情531．中国古代系统思想《周易》《周易上经》即《易经》《周易大传》即《易传》“古者包牺氏之王天下也，仰则观象于天，俯则观法于地，观鸟兽之文与地之宜，近取诸身，远取诸物，于是始作八卦。”“以通神明之德，类万物之情。”2020/5/4通神明之德类万物之情54八卦：乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑代表：天、地、雷、风、水、火、山、泽文王后天八卦2020/5/4通神明之德类万物之情55韩国国旗：太极旗红蓝：阴阳；水火；男女；动静。左上乾：天、春、东右下坤：地、夏、西左下离：日、秋、南右上坎：月、冬、北2020/5/4通神明之德类万物之情56自然方位季节特性家人肢体动物乾天西北秋冬间健父首马坤地西南夏秋间顺母腹牛震雷东春动长男足龙巽风、木东南春夏间入长女股鸡坎水、雨北冬陷次男耳猪离火、日南夏附次女目雉艮山东北冬春间止少男手犬兑泽西秋悦少女口羊八卦属性：2020/5/4通神明之德类万物之情57阴阳五行学说：五行生克金生水，水生木，木生火，火生土，土生金金克木，木克土，土克水，水克火，火克金2020/5/4通神明之德类万物之情58五行属性：五行木火土金水宇宙间“五数”的信息五大系统的对应八卦震巽离坤艮乾兑坎后天之学与五大系统的吻合五季春夏长夏秋冬太阳辐射角与五大系统的关系五方东南中西北地球自转与公转引起的地球磁场定位五气风暑湿燥寒气候移易引起的环境变化2020/5/4通神明之德类万物之情59五化生长化收藏物相及其属性的变化五色青绿赤红黄白黑紫电磁波（可见光）的长短变化五味酸苦甘辛咸性味与五大系统（包括五脏）的内在联系五音角徵宫商羽音调清浊间的渐变五声呼笑歌哭呻外在的情绪变化五数32541河图天地数与入卦的配属五体筋膜血脉肌肉皮毛骨髓生命机体的五种结构形态五官舌眼鼻口耳人体五分支的次级分枝2020/5/4通神明之德类万物之情60五脏肝心脾肺肾与五体、五官、五华（爪、面、宫、毛、发）相通六腑胆小肠胃大肠膀胱“五腑合成”“三焦”习称六腑五常仁礼信义智源自于“五”数的论据规范五务步视坐卧立人体五种动静状态五腧井荥俞经合经