土木系统工程02.ppt

第二章 系统、系统思想、大土木系统 §2-1 中外几个历史故事的的启示 §2-2 系统 三、系统的分类 自然系统与人工系统 实体系统与概念系统 静态系统与动态系统 开放系统与封闭系统 开环系统与闭环系统 目的系统与行为系统 1）自然系统与人工系统 2）实体系统与概念系统 3）动态系统与静态系统 4）开放系统与封闭系统 5）开环系统与闭环系统 钱学森院士的分类 §2-3 系统思想 二、系统思想方法 三、系统思想观点 §2-4 土木大系统 二、大系统理论 控制论：研究一般系统中控制和信息过程共同规律的科学，是一门涉及各个领域的综合性很强的科学。 一、系统思想简史 1）古代朴素的系统观 天文历法系统： 中国古代的天文学家很早就揭示了天体运动与季节变化的关系，编制出了历法与指导农事活动的二十四节气。古代农事著作如《管子·地员》篇、《诗经》农事诗“七月”、秦汉祀胜之著《祀胜之书》等，记载了对农作物种子、地形、土壤、水分、季节、气候等诸因素的关系，都运用了系统思想。 人体系统：《黄帝内经》依据阴阳五行把自然界和人体看成是由五种要素相生相克、相互制约而组成的有秩序、有组织的整体。 齐国名医扁鹊在诊断病情时，就按人的气色、声音、形貌、脉膊、舌苔等进行多方诊断，并强调人体各个器官的有机联系，从人体素质与自然环境、生理现象与心理及精神状态相联系，诊断症状找出病因，并以汤药、针灸、按摩、熨贴、气功等全面综合治疗，运用系统思想，协调局部与整体的关系，从治本人手，根除病源。 军事系统：《孙子兵法》是一部论述战争的杰作，对战争运用了系统思想，对其各个层次及其联系做了精辟论述，对战争在整体上有充分认识，并摸索出规律。现代一些发达国家的系统科学学者和管理学家，都对《孙子兵法》情有独钟。他们认为《孙子兵法》真是“运筹帷握之中，决胜千里之外”。在2000多年后的今天，其系统思想仍然可以借鉴。 希腊古代哲学中的系统思想： 德谟克利特：“世界是包括一切的整体” 亚里士多德：“整体大子部分的总和” 古代朴素的系统观特点： 认识处于总体思维阶段；强调自然界整体性统一性；细节的认识靠臆造和猜测。 只见森林，不见树木 2）近代和现代系统思想的发展 19世纪前： 特点：从总体到局部细节的研究；实验、解剖和观察的方法；孤立地、静止地看待问题。认为系统只是简单的各要素的总和。 如：生物机械论 只见树木，不见森林木 19世纪上半叶，自然科学已取得了伟大的成果，特别是能量的转化理论、细胞学和达尔文的进化论的出现，人类又开始认识到自然界中各领域内普遍存在着横向联系。 由于社会科学与自然科学的发展以及工程技术的进步必不断产生新的边缘学科。 贝塔朗菲，在批判生物机械论中提炼出“一般系统论”。 社会实践活动的大型化和复杂化，要求系统思想不仅要定性，而且要定量。20世纪下半叶，战后迅速发展的定量化系统思想被广泛用来分析经济、政治、工程尤其是土木工程领域的复杂课题。 既见森林，又见树木 1）定量化 现代科学技术对系统思想方法提供了一套具有数学理论、能够定量处理系统各组织部分联系关系的科学方法。 案例: 在军事系统思想方面，20世纪60年代的冷战时期，前苏联重视威力，鼓吹亿吨级核弹时，美国系统科学学者嗤之以鼻，认为精确比威力更重要，核试验结果得出公式 从公式看出:当Y增加8倍时，则K增加4倍，当C增加8倍时(即精确度(距离)缩小为原来的1/8时)，则K增加了64倍。 2)电子计算机 电子计算机是定量化系统思想方法实际应用中的最为有力的工具。电子计算机促进了现代科学技术的成就和发展。 系统思想方法从一种哲学思维，逐步形成为专门的科学—系统科学。 定量化和电子计算机这两项重大贡献，都是20世纪实现的。现代科学技术的成就，为系统思想提供了定量方法和计算工具，这就是系统思想两项划时代的飞跃: 经验—哲学—科学 思辨—定性—定量 1.全局观点 思想观点要统观全局，要具有系统性、整体性。 例如，要创造一个合理的、高效能的、人类所向往的理想生态系统，就需要一个人类和生物所需要的环境。人、生物、环境三者是相关联的，人类要具有全局观点，不能破坏水源，污染环境，否则就是“竭泽而鱼”、“杀鸡取卵”，环境越搞越差，从而导致恶性循环，严重地破坏生态平衡。 2.最优观点 系统思想的最优化观点，又叫最佳化观点，包含着满意性和情意性思想。 例如，在土木系统工程中，对某项土木建筑工程的设计、施工、使用和管理的目的，是要完成特定的功能，并希望完成是最好的，这就必须是最优规划、最优设计、最优施工、最优管理等，以取得最优途径，避免曲折迁回，可望取得顺水推舟、势