第四卷 係統工程案例(2 / 3)

一個係統如果與係統環境有物質、能量、信息的交換,就叫做"開放係統",否則,就是"封閉係統"。地球、工廠、人都是開放係統。一隻上好發條或裝好電池的鍾表,可以當"封閉係統"看待,在封閉的容器內進行化學反應的化學係統,也是一種"封閉係統"。

再來看看人類係統。人類係統可表示為:個人--家庭--社會--行政單位(團體)--國家--全人類等幾個不同的層次。這就是說,人類係統是一個多層次的係統。人按一定的社會準則和血緣關係組成家庭;而家庭是社會的細胞,眾多家庭的組合就構成了一個小社會;各級行政機關,包括鄉、鎮以及企業、機關等是國家的有機組成部分;全世界幾百個國家和地區的總和,構成整個人類係統。在這個係統中,每一等級下屬的"要素"本身也就是一個係統,如"家庭"是"社會"的細胞,但同時又是由個人所組成的係統。為區別起見,有時就把"家庭"這個係統稱作上一層係統--社會係統的子係統。有時我們就把係統理解為是由兩個或兩個以上的子係統所組成,就像社會是由兩個或兩個以上的家庭(子係統)所構成的一樣。另一方麵,我們所研究的係統又常常可以與其他係統相結合而構成更大範圍的係統。如通常將某一地區的國家集合起來,構成了一個更大的係統,像"歐洲共同體"、"聯合國"等等。

此外,我們還常把一切活著的物質係統,稱為生命係統,如人、動物、植物以及人類社會係統等;除生命係統以外的一切物質係統,則稱為非生命係統,如原子、機器、天體等。

下麵,讓我們看看幾個常見的係統。

第三章 電話係統

電話是當今信息時代重要的通訊工具,它是由人和設備嚴密組合而成的一個縱橫交錯的通訊網絡,整個係統中的任意兩點都能直接通話,從而實現信息的遠距離快速傳遞。電話係統包括設備、電話號碼簿、電話電纜、通訊衛星、總機站、公用電話和私人電話及設備的檢修與維護服務等。它所以能按部就班、有條不紊地工作,就在於從一開始它就被看作是一個係統而不是互不相關的獨立元素的堆積。

在電話係統中,運用了大量的係統工程思想。就一個城市的電話係統而言,"總機站"該設置在什麼地方才能使整個係統的布線路徑最短?城市人口的多少,決定著電話係統的"總裝機容量"。這就是說,一個城市大概需要安裝多少部電話,才能滿足人們的需求?顯然,如果電話太少,通訊不便,會影響經濟發展;如果電話太多沒有充分利用,又造成不必要的浪費。因此,如何確定一個恰當的數量關係是一個很值得研究的問題。

與此相關的問題還有:電話通訊網絡該布設多少條電話線纜才既能保障線路暢通,又用材最少?多少位的電話號碼最適合?如何維護線路暢通使用戶盡快接通電話?一個城市內該建多少個公用電話崗亭?設置在什麼地方最合理?這些都是通訊係統工程必須解決的問題。

第四章 交通係統

你一定乘過汽車或火車,劃過小木船,見過飛機。你可知道,這一切都與係統工程有關呢!

火車、汽車在工廠製造出來後,必須修築符合要求的公路、鐵道才能有"路"可行;輪船需要有航道、碼頭,才能駛、停;飛機更是需要機場、燈光信號、地勤服務及空中交通管理條例才能安全起落。除此,要保障交通運輸的順利進行,還需要交通警察維護交通秩序,處理交通事故;要有技術嫻熟的駕駛員、優秀合格的服務人員(售票員、維修人員、空中小姐等)。此外,在一個國家範圍內,各大城市之間該開辟多少航線,才能保障經濟發展的需求;根據一個地區河道的地理特點以及沿河城市的分布、人口的分布、工農業生產的發展狀況如何有效地設置港口碼頭、碼頭泊位以至船舶噸位大小等,都是交通係統工程不可回避的問題。

從上可知,交通係統與其係統內的人口、經濟、地理環境、工農業生產狀況密切相關,甚至與員工素質、技術水平、管理意識、氣象條件等也不無關係。就交通係統而言,它又包括鐵道、公路、水運、航空和管道運輸(一般用來輸送液、氣體,像石油、天然氣)等五個子係統。其中任何一個子係統,又涉及到諸多的方方麵麵。

單就鐵道係統而言,它不僅包括常見的呼嘯而行的火車,像遍及全球的鐵路網、沿鐵路而布的車站與鐵路通訊、聯絡信號、規章製度、鐵路法院、鐵路醫院以及鐵路、車輛的維護、檢修、服務等等一切與之相關的東西都是這個巨大係統的有機組成部分。它的功能是將甲地的旅客(貨物)安全、快速地運送到乙地。

鐵道係統常遇到的問題有:根據經濟發展的需要、人口的分布與地理環境的特點如何優化鐵路係統網絡?在現有的道路上如何編製車輛的運行計劃才能保障火車的安全、高效?如何協調鐵路運輸與公路、航空、水運之間的關係?怎樣確定鐵路運輸的最優價格?在係統內如何設置車站、樞紐站最為有效?怎樣協調客運與貨運之間存在的矛盾?......上述一係列複雜問題,都可以運用係統工程的方法研究解決。

再來看看遍布城鄉的公路係統。這個係統除常見的各式汽車、拖拉機、摩托車、自行車以外,還包括人、道路、車輛配件、天然油、紅綠燈、駕駛執照、停車場、交通警察、加油站、交通規則等。就道路而言,又可分為國道、省道、縣道與鄉道。

同鐵道係統一樣,這個係統有許多問題可以運用係統工程的方法來解決。如怎樣根據當地城鄉經濟發展趨勢合理修築新的道路,才能更快地促進經濟發展,方便人民群眾的生活?道路沿線各加油站的分布怎樣才算合理?如何根據城鄉之間的客流量與貨運量合理安排汽車的計劃?以及城市內公共汽車線路的布設,汽車站的位置選址等等。

目前,交通係統還是一個正在逐步完善的發展中的係統。這個係統還存在許多缺陷:交通堵塞在大城市屢見不鮮;交通事故層出不窮;汽車、火車、飛機、輪船排放的大量廢氣、發出的刺耳的噪音在汙染著我們賴以生存的生態環境......因此,如何進一步調整、改造這個係統,使它更加完善、協調,有待人們的進一步努力。

第五章 "T"型人才

係統科學是一門綜合性學科,涉及的學科領域很多,諸如數學、物理、計算機以及經濟學、管理科學等均是一個從事係統科學研究與應用的科技人員所必須涉獵的。因此,係統工程培養的是一種具有合理知識結構的"T"型人才。所謂"T"型人才,是指那些既具有比較廣博的知識麵--天文、地理、曆史、文學、數學、物理、化學均懂一點,又同時是在某一學科造詣頗深的專家,如經濟學家、數學家等,這樣的人才(我們稱之為"T"型人才)是從事係統科學研究與應用最為理想與適合的人才。"T"型人才具有良好的知識結構和較強的"整體優勢",為其他某一領域、專業學科的專家所不及,因之能取得更多卓有成效的成就。

當然,在實際工作中培養這類"T"型人才很不容易,為了彌補這一不足,係統科學研究通常是通過組建一個具有良好知識結構的研究小組來進行,該小組一般由社會科學與自然科學兩方麵的專家學者組成。這樣,要求係統工程工作者重視團體的協作。如果有誰打算從事係統科學方麵工作的話,請一定注意兩點:一是注意有意識地調整自己的知識結構,在成為某一方麵專家的同時,注意吸收其他學科的知識與營養;二是注意培養自己的集體主義精神與協作精神。因為係統工程需要協作!

毫無疑問,具有"T"型知識結構的"係統分析工程師",將是下一世紀最令人羨慕的職業之一。

第六章 "魚網"的科學原理

--係統結構決定係統功能

大家知道,一張網是由許許多多的網孔(單洞)編織而成的。試想,如果將一張大漁網分解成與網孔數量同樣多的"單洞",並用這一個個的"單洞"去網魚,還能捕撈到魚嗎?毫無疑問,單洞網魚,將一無所獲。隻有將這些許許多多的"單洞"編織、連接成一張大網,魚兒即使有腿也難逃了。

這張網也是一個係統,它的元素就是那許許多多的"單洞",隻有當許許多多的"單洞"有機地連接成一張網時,由單洞構成的係統才有了捕魚的能力。如果將這些單洞連接成一條鏈狀的"網"或其他不成片狀的"網",都是無法網上魚的。在單洞有機連接之前,盡管有同樣數量的"單洞",但無論如何也不具備捕魚的功能。用係統科學的話來說,是"係統的結構決定了係統的功能"。

係統的結構與功能是係統科學的基本概念。不管什麼係統,自然係統、社會係統或人造係統,無不具有一定的結構。係統的結構就是係統保持整體效應及具有一定功能的內在聯係,即係統內部各組成要素之間在空間和時間方麵的相互聯係與相互作用的方式或順序。

現在,讓我們來看看人口係統的結構是什麼。

人口係統,最簡單的結構是其性別與年齡。如果說一個國家,或者一個城市的人口中,男的占51%,女的占49%,那麼這兩個百分數就是這個人口係統的"性別結構";如果冉從年齡方麵來考慮,將總人口劃分為未成年人、成年人和老年人三部分,未成年人與成年人和老年人分別占總人口的比重為30%、60%、10%的話,這三個百分數就是這個人口係統的"年齡結構"。

是否所有係統的結構都能用百分數來表示呢?不是的。例如,一張網的結構就在於"單洞"的連接方式,晶體的結構在於晶體內部原子或分子的排列方向與順序,化合後的結構則在於其化學鍵的結合方式。對於具體的物質來說,它們所具有的特定的存在方式,就是物質的結構方式。從宏觀天體到微觀粒子的一切層次的物質係統,由於其內部分子、原子結構的差異,無一例外地存在著一定的係統結構特性,如固態、液態、氣態等多種物質結構形式。研究任何物質係統的這種組成關係,就是結構問題。

那麼,什麼又是係統的功能呢?

我們把係統與外部環境之間相互聯係和作用過程的秩序和能力稱為係統的功能。係統的功能體現了一個係統與外部環境之間的物質、能量和信息的輸入與輸出的變換關係。可表示為:

說明上述作用與原理的例子很多,就拿電視機來說,它由顯像管以及許多的電子元件依據一定的秩序構成其內部結構。一般人並不清楚電視機的內部結構,隻有專門修理人員、專家才知道它的工作原理與每一個零部件的具體功能與作用。但我們都知道怎麼使用一台電視機,隻要在電視台播放電視節目的時間裏,給電視機通上電源,選擇適當的電視頻道,就可以收看經電視機將無線電波轉換成由"光"與"聲"組合而成的電視節目了。這裏,給電視機的"輸入"是電台發射的無線電信號(電波)、能源"電",它的"輸出"則是我們喜聞樂見的電視節目。那麼,一台電視機的"功能"就是將輸入的電視信號變換成豐富多彩的電視節目。