《系统科学方法概论》——第五章 自组织系统方法

一、自组织系统理论的历史发展
1、19世纪中期热力学的主要成就及理论意义
（一）19世纪中期热力学的主要成就：由于机械化大生产的推动，19世纪中期，热力学和分子物理学发展起来了。当时的主要成就是发现了热力学第一定律和第二定律。
（1）热力学第一定律。一个系统由始态变化到终态时，其内能的减少量(△E)等于该系统对外
做的功(A)与该系统传递给环境的热量(Q)之和，这就是热力学第一定律，用公式表示则为:△E=A+Q
（2）热力学第二定律。热力学第二定律是在研究如何提高热机效率的过程中发现的，它主要有两种表达方式:德国物理学家克劳修斯(R.J.E.Clausius 1822一1888)在1850年表述为:
在一个孤立的系统内，热总是从高温物体传到低温物体中去，而不是相反；英国物理学家威廉.汤姆逊(ThomsonWillian，1824一1907，又称开尔文勋爵)在1851年表述为:不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用功而不产生其他影响
（3）分子运动理论。热力学第二定律发现以后，人们又对热运动的本质进行了研究，并在此基础上提出了分子运动理论。
分子运动理论的基本内容有:热是大量分子无规则运动的表现；处于某一温度下的气体分子并不都有同一速率。其中具有中等速率的分子所占的比例很大，而速率很大和很小的分子分布都是一样的；单个分子的运动对于系统热状态没有独立意义，只有大量分子的统计表现才能决定整个系统的热状态。换句话说，物质系统的温度不是由个别分子的运动决定的，而是由系统内大量分子的运动共同决定的，它遵循的是统计规律。
（二）从19世纪热力学中得出的几点结论
（1）在一个孤立系统中，热运动总是从不平衡态趋向平衡态，并且最终达到平衡。
（2）在一个孤立系统中，物质总是从宏观有序太向宏观无序太发展，最终达到无序。
（3）在一个孤立系统中，熵趋向于无限大。
2、19世纪热力学与现实的茅盾。
3、19世纪以来科学家们对热力学与生物学矛盾的解决
(一)从系统内部分子热运动的角度去解释有序性形成机制的尝试。
(二)从生命运动的角度去解释有序性的尝试。
(三)从生命系统与物理系统的本质差别上去解决问题。
(四)自组织系统理论的诞生
二、耗散结构理论简介
1、系统分类。根据系统与环境的关系，把系统分为三类：
（一）孤立系统。即与环境没有物质、能量交换关系的系统。
（二）封闭系统。即与外界只有能量交换而无物质交换的系统。
（三）开放系统。即与环境具有物质、能量交换关系的系统。
2、什么是耗散结构
耗散结构的特征：
（一）动态性。耗散结构是一种动态结构，而不是一种静态结构。
（二）有序性。耗散结构是一种有序结构。
（三）宏观性。耗散结构是一种宏观结构。
3、耗散结构的形成条件
（一）系统处于远离平衡态是耗散结构产生的第一个基本条件。
（二）系统的开放性是耗散结构产生的又一个基本条件。
（三）系统内不同要素之间存在非线性机制是耗散结构形成的又一基本条件。
4、耗散结构理论的意义：耗散结构理论的提出具有重要方法论意义。首先，为结构研究开拓了一个新领域。其次，为提高系统的功能指出了一条新途径。此外耗散结构理论还为我们进一步搞清时间的可逆性与不可逆性的关系、有序与无序的关系、整体与局部的关系以及决定论与非决定论等重要哲学问题提供了新的启示，为把自然科学与社会科学联系起来架起了一座有益的桥梁，使人类对客观世界的认识和改造进人了新的历程。
三、协同学简介
1、协同学的研究对象：协同学的研究对象同耗散结构理论的研究对象一样，也是自组织现象，不过研究的角度和范围有所不同罢了。
2、协同学对自组织机制的提示
（一）系统内的协同运动是自组织过程的内在根据。
（1）系统各要素之间的协同是自组织过程的基础。
（2）系统内各序参量之间的协同合作是系统组织性产生的直接根源。
（二）在临界过程中，涨落是形成系统有序结构的推动力量.
（三）开放是自组织形成的外部条件。
3、协同学的应用：协同学的应用还是很初步的，目前主要是在物理学、流体力学、化学、生物学方面取得一些成绩;在社会学、经济学方面的应用还刚刚展开，其成果远不如系统工程、信息论、控制论的应用成果突出。
四、突变论简介
1、突变论的基本内容
（一）稳定性与非稳定性。突变论是建立在稳定性理论的基础上的。
（二）突变过程的本质及特征。
突变过程的基本特征：
（1）多稳态性。
（2）中间非稳态行。
（3）突变点是一个范围。
（4）突变结果带有随机性。
（三）突变型是具有多样性。
突变过程的七种类型：尖点型突变；折叠型突变；燕尾型突变；蝴蝶型突变；双曲型突变；椭圆型突变；抛物型突变。
2、突变论的应用：目前，突变论的应用还是初步的。除了在自组织现象研究方面的应用以外在物理学方面，突变论还被用来研究系统相变和弹性梁的弯曲状态、描述液波的传导、曲
面面积最小化、非线性振动以及流体力学等问题。在生物学方面，科学家已开始用突变论建立心跳的数学模型，研究刺激在神经内的传播，原肠胚的形成，胚胎中体节的形成，细胞分裂等。在社会科学方面，国外有人运用突变论做过战争预测研究和语言学研究，但研究成果尚不明显，国内亦有学者试图把突变理论与社会控制结合起来，并提出对社会系统实现高层次有效控制的四种方法:
（一）由稳定状态控制变为超稳定状态控制;第二，由状态控制变为演化过程控制;
（二）由消极控制变为积极控制;第四，由单调控制变为迂回控制，等等。总之，突变论在目前的应用尚不够广泛，亦尚未取得显著成果。
五、自组织系统方法概述
1、开放性原则：开放性是自组织系统形成的基本条件之一。系统只有在开放状态下，才能
不断与环境进行物质、能量、信息交换活动，以建立、维持和发展自己的组织性。
2、远离平衡态原则：远离平衡态是自组织系统形成的又一必要条件，因而我们欲建立高度有效的现代管理系统，亦必须遵循之。首先，组建现代管理系统必须遵循远离平衡态原则。其次，管理者在实施管理的过程中，也必须注意远离平衡态原则。
3、非线性原则：非线性机制是自组织系统形成的又一基本条件，因而我们在建立现代管理
系统时也是必须遵循的。首先，作为自管理系统应该是一个非线性系统。其次，就管理过程而言，亦应建立这种非线性管理机制。
4、协同原则：协同性质则是自组织系统的又一基本原则。把它应用到自组织管理中主要应注意两个方而:其一是建立相互协同的管理者系统。其二是管理和被管理者之间的相互协同。
5、涨落原则：在自组织管理过程中，由于存在内部和外部因素的干扰，管理过程必然会出现涨落。当系统内外有利因素居于主要地位、对管理过程起主要作用时，管理便向着有利于达到目标的方向发展(涨)，而当系统内外不利因素占据主要地位，对管理过程起主要作用时，则管理便向着背离目标的方向发展(落)。
6、突变原则：所谓突变原则在自组织管理中主要表现为由一种管理模式过渡到另一种管
理模式。