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第二章 系统结构 * 第二章 系统的结构 结构的定义： 由系统组分间相对稳定的关联所形成的整体构架。 为什么要先讨论系统的结构问题？ 因为，在许多情况下，结构对系统的属性、功能、价值起着决定性作用。 例如 ： 金刚石和石墨都由碳原子构成，但因其构造方式不同，在硬度和价值等方面存在巨大的差别。 所以，系统科学认为，真正要认识一个系统，必须首先要考虑其内部结构。 系统的结构 本章要讨论的核心问题： 什么是系统结构？ 怎样进行系统结构分析？ 如何进行系统结构优化？ 组分 剖析系统的角度不同，可以认为系统由不同的组分所组成。 一个系统可能分解为次级、次次级子系统，直至元素，形成一系列的排列次序，称为系统的层次性。系统的层次性往往表现为一般系统具有金字塔结构。 组分 (1)有两个以上组分，组分可以是物理实体，也可以是抽象的概念、原理和思想等非实在的东西。 (2)每一个组分围绕系统的目标都具有特定的功能。 (3)组分之间保持有机联系，相互作用、相互依存、相互制约。 (4)组分必须被组织化，形成有序的整体。 构成系统的条件： 组分 组分与系统的对立统一： 相互联系 性质不同、层次地位不同、发展规律不同 组分的功能可以通过系统的结构与法则作用转化为系统的功能。 一个系统可以是组成更高层次系统的组分，同理，一个组分也可以是比它层次更低组分所组成的系统。 系统科学关心的三个问题 系统由哪些组分构成？ 这些组分通过怎样的相互关系来构成 系统整体。 组分和它们的关联对系统的整体性有 何影响？如何优化？ 区分元素与组分 元素也是系统的组成部分，但本质特征是具有基元性，相对于给定的系统它是不能也无需再细分的最小组成部分，元素不具有系统性，不讨论其结构问题。组分具有可分性、系统性，需要且能够讨论结构问题。 元素的特征： 元素是系统中不可再分的“基元”。 元素的属性是由系统所赋予的。 系统的基本要素 在系统存在的所有时间内都起主要作用的元素。 对基本要素的分析，实际上是对系统内部基本功能的研究，它对系统内部基本职能的认识具有很强的方法论意义。 系统的基本要素 一个系统可能包括7种基本要素。 核心要素 对系统的整体结构和行为进行控制与调整的 “首脑”或“领导核心”。 动力要素 为系统的运动提供动力和能源的“发动机”。 基础要素 保持系统整体的相对稳定，是支撑系统的骨架 和基础。 系统的基本要素 边界要素 处在系统边界的元素，将系统与外界隔开，作为 系统与外界联系的纽带，充当系统开放门户的通道。 传输要素 传递信息，传输物质、能量的元素。 转换要素 担负着系统内部物质、能量和信息的转换处理工 作的元素。 自复制要素 系统个体的复制器。 系统的整体构形 因为： 在任何系统中，每个组分的性质或行为都将影响系统的性质和行为。 系统中不存在与其他组分无关的孤立组分，所有组分都按照该系统特有的、足以与别的系统相区别的方式彼此关联在一起。任何组分对系统的影响都依赖其它组分的性质和行为。 系统的属性、功能并不唯一取决于某个组分或某些局部关联，而是所有组分的全局性关联。 系统的整体构形 系统的整体构形可以划分为五种基本构形。 对偶构形 星形构形 环形构形 嵌套构形 网状构形 对偶构形 对偶型是由两个元素组成的构形，它只有或只考虑两个元素的相互作用。 在对偶构形或藕合系统中，它表现为一元素的输出等于它的对偶元素的输入，反之亦然。 对偶构形 从控制论的角度来看，对偶中的相互作用实际上就是反馈作用。 星形构形 元素中存在一个“中心”，或“结”，这个“结”可以是发出作用的“源”，也可以是汇集作用的“汇”（归宿）。 元素间只有向上和向下的关联，没有横向的关联，因此，它在本质上是串行的。 复杂的星形构形往往具有层次结构，层次间的作用具有某种“单向”性，如上级对下级的某种控制。 特点： 星形构形 实例1：计算机网络 星形构形 实例2：人体神经控制系统 颈椎 头颈部 胸部上肢 腰部 …… 脑干 延脑 腰椎 胸椎 …… 丘脑 大脑皮层 星形构形 实例3：企业生产控制系统 车间 生产过程 公司 工厂 工厂 车间 车间 车间 工厂 车间 车间 星形构形 实例4：社会系统 市政府 社会大系统 国务院 省政府 省政府 市政府