系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)

系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)第一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三第二章系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)2.1系統(tǒng)科學(xué)的學(xué)科體系錢學(xué)森提出現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

首先是工程技術(shù)這一層次，其次是直接為工程技術(shù)提供理論基礎(chǔ)的技術(shù)科學(xué)這一層次，然后是基礎(chǔ)科學(xué)這一層次，最后通過進一步綜合、提煉達到最高概括的馬克思主義哲學(xué)，如圖2—1所示。錢學(xué)森又提出系統(tǒng)科學(xué)的體系結(jié)構(gòu),如圖2—2所示。2023/6/122第二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三2023/6/123第三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

2023/6/124第四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

圖2—2系統(tǒng)科學(xué)的體系系統(tǒng)學(xué)（系統(tǒng)理論）主要研究系統(tǒng)的普遍屬性和運動規(guī)律。即研究系統(tǒng)演化、轉(zhuǎn)化、協(xié)同和控制的一般規(guī)律；研究系統(tǒng)間復(fù)雜關(guān)系的形成規(guī)律，結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，有序、無序狀態(tài)的形成規(guī)律等。系統(tǒng)工程把自然科學(xué)和社會科學(xué)的某些思想、理論、方法、策略和手段等，根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，有機地聯(lián)系起來；應(yīng)用定性和定量分析相結(jié)合的方法和計算機等技術(shù)工具，對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功能進行分析和設(shè)計，以實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。2023/6/125第五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三2.2系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)系統(tǒng)工程寬廣的理論基礎(chǔ)及工具框架如圖2一3所示。圖2一3系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)及工具2023/6/126第六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三控制論

“控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存在的控制規(guī)律為對象的一門科學(xué)?！笨刂普摰漠a(chǎn)生與發(fā)展維納（NorbertWiener）于1948年出版了《控制論》一書，他對控制論（Cybernetics）的定義是：“關(guān)于動物和機器中控制和通信的科學(xué)。”維納的控制論闡述了兩個根本觀念：

2023/6/127第七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三①一切有生命、無生命系統(tǒng)都是信息系統(tǒng)。無論是機器還是生物，都存在著對信息進行接收、存取和加工的過程。②一切有生命、無生命系統(tǒng)都是控制系統(tǒng)。一個系統(tǒng)一定有它的特定輸出功能，必須有相應(yīng)的一套控制機制?？刂普摰陌l(fā)展經(jīng)歷了三個時期.從20世紀40年代末到50年代是第一個時期，即經(jīng)典控制理論時期?？刂普摪l(fā)展的第二個時期為20世紀60年代，即現(xiàn)代控制理論時期。20世紀70年代以后是第三個時期，即大系統(tǒng)控制理論時期。2023/6/128第八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三控制論的基本概念和分類控制系統(tǒng)的構(gòu)成:由施控器、受控器和控制作用的傳遞者三個部分所組成。圖2一4閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖2023/6/129第九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三控制系統(tǒng)的分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)

1.開環(huán)控制系統(tǒng)：由系統(tǒng)的輸入直接控制著它的輸出的，沒有反饋回路，對環(huán)境的適應(yīng)能力差，只有當(dāng)外界干擾較小或干擾恒定時，這種控制系統(tǒng)才能正常發(fā)揮作用。

2.閉環(huán)控制系統(tǒng)：具有反饋回路的控制系統(tǒng)。輸出由輸入和輸出的回輸共同控制，對環(huán)境有較大的適應(yīng)性。與開環(huán)系統(tǒng)相比，它不僅多了一條把輸出回輸?shù)皆瓉淼目刂破鞯姆答伝芈芳胺答佈b置，還多了一個比較器，如圖2-4所示。2023/6/1210第十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三控制論重點研究帶有反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂普撌滓挠^點是反饋。正反饋與負反饋：如果輸出反饋回來放大了輸入變化導(dǎo)致的偏差，這就是正反饋；如果輸出反饋回來弱化了輸入變化導(dǎo)致的偏差，這就是負反饋。正反饋的作用是用來放大某種作用或效應(yīng)；負反饋的作用是保持系統(tǒng)行為的穩(wěn)定，使系統(tǒng)的行為方向趨向一個目標(biāo)。機器和生物一般都通過負反饋來達到控制目的。負反饋是系統(tǒng)穩(wěn)定的基本機制。

2023/6/1211第十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三控制論的另一個重要觀點是信息?？刂葡到y(tǒng)是通過信息的傳輸、變換和反饋來實現(xiàn)控制的?？刂普搶ο到y(tǒng)工程方法論的啟示

黑箱一灰箱一白箱法所有的科學(xué)問題都是作為“閉盒”（黑箱）問題開始的，研究途徑是利用閉盒的輸入和輸出。2023/6/1212第十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三黑箱指人們一時無需或無法直接觀測其內(nèi)部結(jié)構(gòu),只能從外部的輸入和輸出去認識的系統(tǒng)。白箱指系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)成十分清楚的系統(tǒng)?；蚁渲附橛趦烧咧g的系統(tǒng)稱。黑箱方法：就是采用不打開系統(tǒng)“活體”，通過系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系的研究，去認識和把握系統(tǒng)的功能特性，探索其結(jié)構(gòu)和機理的研究方法。任何時候，人們總得采用不打開黑箱的方法研究事物，解決問題。2023/6/1213第十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三灰箱方法則指對系統(tǒng)有部分的認識，但不夠完全。利用灰箱方法可以比黑箱方法更容易解決問題，這方面的知識可以參考灰色系統(tǒng)理論的有關(guān)書籍。功能模擬法以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用模型模仿原型的功能和行為的一種方法。如早期的計算機就是從模擬人的計算功能開始的，是一個成功的例子。又如對蒼蠅復(fù)眼功能的模擬，造出蠅眼式照相機。它們的構(gòu)造物質(zhì)截然不同，但達到了功能上的模擬。這種方法實際上是把研究對象作為一種黑箱。2023/6/1214第十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

信息論信息論的產(chǎn)生與發(fā)展于20世紀40年代末產(chǎn)生，其主要創(chuàng)立者是美國的數(shù)學(xué)家申農(nóng)和維納。狹義信息論：即申農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。一般信息論：主要研究通信問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預(yù)測、調(diào)制、信息處理等問題。廣義信息論：包括前兩項的研究內(nèi)容，還包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域。2023/6/1215第十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三信息論的基本概念信息的定義申農(nóng)將信息定義為“兩次不定性之差”，即“不定性減少的量”。信息(量)=通信前的不確定性—通信后尚存的不確定性

（2-1）從通信角度看，信息是數(shù)據(jù)、信號等構(gòu)成的消息所載有的內(nèi)容。消息是信息的“外殼”，信息是消息的“內(nèi)核”。從實用角度看，信息是指能為人們所認識和利用的，但事先又不知道的消息、情況等。維納則認為：信息不是物質(zhì)也不是能量，在信息與物質(zhì)、能量之間劃了一條界限；信息是系統(tǒng)的組織性的量度。2023/6/1216第十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三信息概念的特點信息源于運動，事物都具有信息表征。信息可以被感知、處理和利用。信息能消除人們對事物運動狀態(tài)認識上的不確定性。信息共享不同于實物的交流。信息可以脫離產(chǎn)生者而被傳遞。信息的使用價值具有相對性。信息具有時效性。信息不遵守能量守恒定律。2023/6/1217第十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三信息、物質(zhì)、能量的比較表2一1物質(zhì)、能量、信息三者的比較2023/6/1218第十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三通信問題的模型通信過程構(gòu)成：信源（發(fā)信者）發(fā)出信息，通過信息通道來傳送信息，最后由信宿（收信者）獲取信息。申農(nóng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，如圖2-5所示。圖2一5申農(nóng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型2023/6/1219第十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三信息量度量信息大小的量。信源產(chǎn)生的通信信息，正是概率論中所研究的隨機現(xiàn)象。信息的定量描述就可用概率的方法來實現(xiàn)。反常的事件比正常的事件所含信息量大，稀有事件比正常事件所含信息量大等。概率小的事件發(fā)生時所含的信息量大，如P（i)＝1/10所含的信息量很低，p（i）＝1/10000所含的信息量很高。如果事先知道某事情肯定會發(fā)生，出現(xiàn)概率為1，有消息告訴我們這件事的確發(fā)生了，并沒有消除任何不確定性，所得信息量為0。采用對數(shù)作為信息的度量,若某事件出現(xiàn)概率為p，則這一事件所具有的信息量為:2023/6/1220第二十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

（2-2）單位為比特(bit)，信息量常用單位。如上拋一硬幣，只有兩種可能性狀態(tài)：正面朝上或反面朝上，每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為0.5，每種狀態(tài)所具有的信息量為:1bit是含有兩個獨立等概率可能狀態(tài)的事件，擇其中之一時所具有的信息量。信息源可能發(fā)出的全部符號所包含的信息量之和，就是信源所具有的總信息量。計算出信源發(fā)出的每一個符號所包含的平均信息量，這個平均值就是信源平均信息量，即信息熵。計算信源信息量的一般方法—申農(nóng)信息熵公式。整個信源的各狀態(tài)所具有的平均不定性數(shù)量的數(shù)學(xué)期望，即平均信息量：（2-3）

2023/6/1221第二十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三信息熵與物理學(xué)中熵在計算公式上僅差一個負號。熵是系統(tǒng)紊亂程度的表征，而信息是表示系統(tǒng)不定性的減少。一個系統(tǒng)所獲信息量越大，系統(tǒng)就越有序，熵就越小。反之，所獲信息量越小，系統(tǒng)就越無序，熵就越大?！靶畔⒘渴且粋€可以看作幾率量的對數(shù)之負數(shù)，它實質(zhì)上就是負熵?！薄办氐墨@得永遠意味著信息的丟失，而不是別的。”信息論及方法論的啟示信息方法，不對事物的整體結(jié)構(gòu)進行剖析，而是從其信息流程加以綜合考察，獲取關(guān)于整體的性能和知識。信息方法把系統(tǒng)有目的的運動抽象為一個信息變換過程,看作是借助于信息的獲取、傳送、加工、處理而實現(xiàn)其有目的性的運動的一種研究方法。2023/6/1222第二十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三信息方法的意義就在于它指示了機器、生物系統(tǒng)的信息過程，揭示了不同系統(tǒng)的共同信息聯(lián)系；有利于管理、決策科學(xué)化；指明了信息溝通的重要性。一般系統(tǒng)論一般系統(tǒng)論的產(chǎn)生過程實驗科學(xué)時代的還原論

自然科學(xué)初期（實驗科學(xué)時代），主要任務(wù)是分析事物內(nèi)部細節(jié)，收集、整理資料，分門別類地進行研究，科學(xué)的主要趨勢是分化，與之相適應(yīng)的是分析解剖法,還原論占統(tǒng)治地位，曾取得了很大成功，從而對其他科學(xué)研究產(chǎn)生了巨大影響。但局限性也日漸顯現(xiàn)。2023/6/1223第二十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三一般系統(tǒng)論的產(chǎn)生20世紀20年代美籍奧地利生物學(xué)家馮·貝塔朗菲在對生物學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)：把生物分解的越多，反而會失去全貌，對生命的理解和認識反而越來越少。因此馮·貝塔朗菲開始了理論生物學(xué)的研究,創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論.1945年《關(guān)于一般系統(tǒng)論》的發(fā)表，成為系統(tǒng)論形成的標(biāo)志。2023/6/1224第二十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三一般系統(tǒng)論的基本觀點系統(tǒng)的整體性

①要素和系統(tǒng)不可分割。凡系統(tǒng)的組成要素都不是雜亂無章的偶然堆積，而是按照一定的秩序和結(jié)構(gòu)形成的有機整體。

②系統(tǒng)整體的功能不等于各組成部分的功能之和。在系統(tǒng)論中，1加1不等于2，這是貝塔朗菲著名的“非加和定律”。

③系統(tǒng)整體具有不同于各組成部分的新性質(zhì)或功能。系統(tǒng)的開放性系統(tǒng)的動態(tài)相關(guān)性系統(tǒng)的層次性2023/6/1225第二十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)的有序性系統(tǒng)方法論的啟示系統(tǒng)方法論主張以系統(tǒng)的觀點去看整個世界，不能片面、孤立地看問題。系統(tǒng)方法論主張以整體論代替還原論。對事物的層層剖析，弱化事物各部分間的聯(lián)系，認為整體是部分的簡單加和，這種思想不利于從總體把握事物，對事物的整體功效認識不清。系統(tǒng)方法論主張以目的論代替因果論。系統(tǒng)方法從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，在系統(tǒng)與要素、要素與要素、系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互關(guān)系中揭示對象系統(tǒng)的系統(tǒng)運動規(guī)律。2023/6/1226第二十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)方法要求遵循整體性、動態(tài)性和最優(yōu)化原則。耗散結(jié)構(gòu)理論

耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論是對系統(tǒng)論的發(fā)展。起源牛頓時間和梅格森時間在牛頓力學(xué)體系中時間無方向性（可逆的），具有對稱性但在進化論中時間卻是不可逆的,梅格森強調(diào)指出：“物理學(xué)時間和進化論及生物學(xué)時間不同，前者是可逆的，其中沒有新生事物出現(xiàn)；后者是不可逆的，不斷出現(xiàn)新生事物?！蓖嘶c進化兩種趨勢2023/6/1227第二十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三退化，即從有序向無序的轉(zhuǎn)變。如冷熱物體相接觸，冷變熱、熱變冷趨于相同溫度；一滴墨水滴入水中而淡化；非生命系統(tǒng)從高級向低級的變遷。進化則是向更高有序狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，如生物由簡單到復(fù)雜，由低級到高級的轉(zhuǎn)變。在19世紀熱力學(xué)第二定律認為孤立體系總是朝著熵取最大值的狀態(tài)即最無序的狀態(tài)演化。熵增原理讓人們得出了“宇宙熱寂說”的悲觀結(jié)論，認為世界在退化。而達爾文的生物進化論認為，生物界的從簡單到復(fù)雜，由低級到高級，序是不斷增進的，向人們描述的是世界在由低級向高級轉(zhuǎn)變的進化場景。生物進化論這兩種截然相反的結(jié)論造成了科學(xué)界、哲學(xué)界的長期爭論。2023/6/1228第二十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三熱力學(xué)第二定律和熵?zé)崃W(xué)第二定律的克勞休斯(Clolisius)表述為：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不產(chǎn)生其他影響（熱傳導(dǎo)的不可逆性）。開爾文（Kelvin)表述為：不可能從單一熱源中取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響（能量的耗散性）。為描述自發(fā)過程耗散能量和增加無序程度的特性，德國物理學(xué)家R．克勞修斯引入了熵的概念。熵是一種狀態(tài)函數(shù)，通常用S表示。對孤立系統(tǒng)，熵永不減少，恒有:

dS≥0（2-6）這是熱力學(xué)第二定律在孤立系統(tǒng)中的一種數(shù)學(xué)表示形式。2023/6/1229第二十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三熵的統(tǒng)計熱力學(xué)表示：

(2-7)

式中k為玻爾茲曼常數(shù)；p是熱力學(xué)幾率。熱力學(xué)第二定律表明一切不可逆過程都傾向于使體系的最小幾率狀態(tài)趨于一種幾率最大狀態(tài)（熵趨最大），即熵增dS≥0。熵是混亂度（無序度）的度量。開放系統(tǒng)的熱力學(xué)第二定律系統(tǒng)的熵變化dS可由兩部分組成：2023/6/1230第三十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

dS=diS＋deS(2-8)diS——是系統(tǒng)內(nèi)部混亂性自發(fā)產(chǎn)生的熵，因自發(fā)過程是不可逆的，依據(jù)熱力學(xué)原理產(chǎn)生熵增，因而diS≥0；

deS——是系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)、能量和信息而引起的熵流（熵交換），但deS可正可負，有四種可能情形：

(1)若deS=0，系統(tǒng)是封閉的，與外界沒有交換，內(nèi)部的熵產(chǎn)生使系統(tǒng)混亂程度不斷增加，不可能出現(xiàn)系統(tǒng)自組織，只可能有組織的退化；若deS≈0，則表示系統(tǒng)平衡態(tài)受到擾動，但保持近于平衡。

(2)若deS>0，與外界交換得到的是正熵，增加了系統(tǒng)的總熵，總熵變dS>0，加速了系統(tǒng)趨向平衡態(tài)的運動，系統(tǒng)以比封閉狀態(tài)下2023/6/1231第三十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

以更快的速度增加混亂程度，不會發(fā)生自組織。

(3)若deS<0，但｜deS｜<diS，通過對外開放從環(huán)境中取得負熵，但還不足以克服內(nèi)部的熵增加，總熵變dS=diS+deS≥0，系統(tǒng)也不會發(fā)生自組織；

(4)若deS<0，且，｜deS｜>diS，從環(huán)境中得到的負熵大于內(nèi)部的熵增加，總熵變dS<0，系統(tǒng)出現(xiàn)減熵過程，使整個系統(tǒng)的有序性的增加大于無序性的增加，新的結(jié)構(gòu)和新的組織就能自發(fā)地形成，即自組織過程。只有正確而又充分地對外開放，才能保證系統(tǒng)出現(xiàn)自組織。 開放系統(tǒng)的熱力學(xué)第二定律溝通了生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的聯(lián)系、開放系統(tǒng)與孤立（封閉）系統(tǒng)的聯(lián)系。2023/6/1232第三十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三耗散結(jié)構(gòu)理論簡介耗散結(jié)構(gòu)概念是相對于平衡結(jié)構(gòu)概念提出來的。1969年比利時物理學(xué)家普利高津（I.Prigogine)提出了耗散結(jié)構(gòu)學(xué)說：一個遠離平衡態(tài)（平衡態(tài)時熵最大）的開放系統(tǒng)（不管是力學(xué)、物理的、化學(xué)的，還是生物的和社會的），在外界條件發(fā)生變化達到一定閾值(臨界值)時，量變可以發(fā)生質(zhì)變（由無序到有序的突變）。通過與外界交換物質(zhì)、能量和信息等，使系統(tǒng)從原來的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時間、空間或功能的有序狀態(tài)，這種遠離平衡態(tài)的、穩(wěn)定的、有序結(jié)構(gòu)被稱為“耗散結(jié)構(gòu)”（DissipativeStructure）如貝納德流就是一種耗散結(jié)構(gòu)2023/6/1233第三十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三平衡結(jié)構(gòu)雖穩(wěn)定有序，但是一種“死”結(jié)構(gòu)，它不需要靠外界供應(yīng)物質(zhì)、能量來維持。耗散結(jié)構(gòu)是一種“活”結(jié)構(gòu)，它要不斷同外界交換物質(zhì)、能量來維持其有序狀態(tài)。普利高津著重闡述的幾個基本觀點：1)開放系統(tǒng)是產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的必要前提、維持和存在的基礎(chǔ)。2)非平衡態(tài)是有序之源。3)漲落導(dǎo)致有序。4)非線性動力學(xué)機制。非線性機制所產(chǎn)生的非加和作用是系統(tǒng)產(chǎn)生并保持耗散結(jié)構(gòu)的根本原因。2023/6/1234第三十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三耗散結(jié)構(gòu)演化過程多級分支圖

多級分支圖2023/6/1235第三十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三

圖中，x為系統(tǒng)的某一特征量，例如是化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中某一成分的濃度。入為某一物理量，例如控制化學(xué)反應(yīng)的一個參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)離開平衡狀態(tài)不遠時（近平衡區(qū)），即影響系統(tǒng)的參數(shù)入數(shù)量不大時，可以得出單一熱力學(xué)分支a。當(dāng)入超過某一閾值入1時，在B點之后會出現(xiàn)2個分支，得到3個解：b1，b2和b3。其中b1和b3是穩(wěn)定解，b2是不穩(wěn)定解，穩(wěn)定解用實線表示，不穩(wěn)定解用虛線表示。到達入2以后，又可以得出C1，C2，C3等穩(wěn)定解和不穩(wěn)定解，以此類推。在各分支點之后，則出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)。在分支點附近，系統(tǒng)有幾種狀態(tài)可供選擇，究竟哪一種狀態(tài)成為現(xiàn)實，完全依賴于漲落和控制參量的改變方式。2023/6/1236第三十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三耗散結(jié)構(gòu)理論具有普遍科學(xué)方法論的性質(zhì)耗散結(jié)構(gòu)理論是科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟、管理等領(lǐng)域用以解決一系列綜合問題的方法論工具。耗散結(jié)構(gòu)理論表明以物質(zhì)、能量和信息為基本要素的復(fù)雜系統(tǒng)，可以用一種普遍適用的概念和規(guī)律來描述，如有序、漲落、失穩(wěn)、分支等。耗散結(jié)構(gòu)理論推進了系統(tǒng)自組織理論的發(fā)展，對系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展有重要理論意義。協(xié)同學(xué)協(xié)同學(xué)是研究開放系統(tǒng)在保證外流條件，如何能夠自發(fā)地產(chǎn)生一定的系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)或動能行為的一門新興學(xué)科，深刻地反映了自然界和人類社會不斷發(fā)展與演化的機制。2023/6/1237第三十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三原西德理論物理學(xué)家哈肯（Haken）長期從事激光理論研究，發(fā)現(xiàn)激光呈現(xiàn)出豐富的合作現(xiàn)象，從而得出了協(xié)同作用的重要概念，于20世紀70年代后期創(chuàng)立了協(xié)同學(xué)。哈肯認為，任何一個包括有大量子系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，在與外界環(huán)境有物質(zhì)、能量、信息交換的開放條件下，通過各子系統(tǒng)之間的非線性的相干作用，就能產(chǎn)生各子系統(tǒng)相互合作的協(xié)同現(xiàn)象，使系統(tǒng)能夠自動地在宏觀上產(chǎn)生空間、時間或功能的有序結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)新的穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)演化的這種過程，稱為自組織。自組織是指系統(tǒng)在沒有外部指令的條件下，其內(nèi)部子系統(tǒng)之間能夠按照某種規(guī)則，自動形成一定的結(jié)構(gòu)和功能，它具有內(nèi)在性和自主性。自組織的演化過程是開放系統(tǒng)中大量子系統(tǒng)集體的、自發(fā)的、自動的協(xié)同合作效應(yīng)。2023/6/1238第三十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三哈肯認為系統(tǒng)由無序到有序的關(guān)鍵不在平衡、非平衡或者離平衡態(tài)有多遠。關(guān)鍵在于組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)在一定條件下，它們之間的非線性作用、相互協(xié)同和合作，自發(fā)產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)，因此強調(diào)了協(xié)同現(xiàn)象的普遍性和重要性。協(xié)同學(xué)的基本原理(1)協(xié)同效用原理即“協(xié)同導(dǎo)致有序”。(2)支配原理。兩類變量：快變量與慢變量（即序參量），起支配控制作用的變量是慢變量。(3)自組織原理。協(xié)同學(xué)與耗散結(jié)構(gòu)小結(jié)(1)耗散結(jié)構(gòu)要求系統(tǒng)開放，遠離平衡態(tài)，有物質(zhì)、能量交換，以及內(nèi)部的非線性機制。而協(xié)同學(xué)把研究從遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)擴展到近平衡態(tài)和平衡態(tài)系統(tǒng)。2023/6/1239第三十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期三(2)同外部的交換可產(chǎn)生負熵流，產(chǎn)生促進內(nèi)部協(xié)同的促協(xié)力。(3)子系統(tǒng)之間的協(xié)作力（可正、可負、可為零）決定系統(tǒng)的未來走向。協(xié)作力大于零，系統(tǒng)走向高級穩(wěn)態(tài)；協(xié)作力小于零，系統(tǒng)走向