农业系统工程提出了“解乘数法”的求解方法，为数学与管理科学的结合做了开创性的工作，第二次世界大战以后，运筹学的活动扩展到工业和政府等部门，它的发展大致可分三个阶段：1.从1945年到50年代初被称为创建时期。此阶段的特点是从事运筹学研究的人数不多，范围较小，运筹学的出版物、学会等寒寒无几。最早英国一些战时从事运筹学研究的人积极讨论如何将运筹学方法应用于民用部门，于1948年成立“运筹学俱乐部”，在煤炭、电力等部门推广应用运筹学取得一些进展。1948年美国麻省理工学院把运筹学作为一门课程介绍，1950年英国伯明翰大学正式开设运筹学课程，1952年在美国喀斯（Case）工业大学设立了运筹学的硕士和博士学位。第一本运筹学杂志《运筹学季刊》（O.R.Quarterly）1950年于英国创刊，第-个运筹学会美国运筹学会于1952年成立，并于同年出版运筹学杂志（JournalofORSA）。1947年丹齐克（G.B.Danzig）在研究美国空军资源的优化配置时提出了线性规划及其通用解法一一单纯形法。50年代初用电子计算机求解线性规划获得成功，1951年莫尔斯（P.M.Morse）和金博尔（G.E.Kimball）合著的《运筹学方法》二书正式出版。所有这些，标志着运筹学这门学科基本形成。2.20世纪50年代初期到50年代末期，被认为是运筹学的成长时期。此阶段的一个特点是电子计算机技术的迅速发展，使得运筹学中一些方法如单纯形法、动态规划方法等可以用来解决实际管理系统中的优化问题，促进了运筹学的推广应用。50年代末，美国大约有半数的大公司在自已的经营管理中应用运筹学，如用于制订生产计划、物资储备、资源分配、设备更新等方面的决策。另一个特点是有更多刊物、学会的出现。从1956年到1959年就有法国、印度、日本、荷兰、比利时等10个国家成立运筹学学会，又有6种运筹学刊物问世。1957年在英国牛津大学召开了第一次国际运筹学会议，以后每3年举行一次。1959年成立国际运筹学联合会（Interna-tional Federation of Operations Research Societies,I-FORS)。3.自20世纪60年代以来，被认为是运筹学开始普及和迅速发展的时期。此阶段的特点是运筹学进一步细分为各个分支，专业学术团体的迅速增多，更多期刊的创办，运筹学书籍的大量出版，以及更多学校将运筹学课程纳人教学计划之中。第三代电子数字计算机的出现，促使运筹学得以用来研究一些大的复杂的系统，如城市交通、环境污染、国民经济计划等。我国第一个运筹学小组于1956年在中国科学院力学研究所成立，1958年建立了运筹学研究室。1960年在山东济南召开全国应用运筹学的经验交流和推广会议，1962年和1978年先后在北京和成都召开了全国运筹学专业学术会议，1980年4月成立中国运筹学学会。在农林、交通运输、建筑、机械、冶金、石油化工、水利、邮电、纺织等部门，运筹学的方法已开始得到应用推广。除中国运筹学学会外，中国系统工程学会以及与国民经济各部门有关的专业学会，也都把运筹学应用作为重要的研究领域。我国各高等院校，特别是各经济管理类专业中已普遍把运筹学作为一门专业的主干课程列入教学计划之中。运筹学主要包括以下内容：规划论（包括线性规划，非线性规划，整数规划、混合整数规划、0一1规划，组合规划（组合最优化)，随机规划，多目标规划，几何规划，动态规划等），图论与网络分析，对策论，决策论，排队论与可靠性数学理论，库存论，搜索论等。运筹学是软科学中“硬度”较大的一门学科，兼有逻辑的数学和数学的逻辑的性质，是系统·16·
第一章系统工程概论工程学和现代管理科学中的一种基础理论和不可缺少的方法、手段和工具。运筹学已被应用到各种管理工程中，在现代化建设中发挥着重要作用。（五）耗散结构理论比利时布鲁塞尔自由大学教授普里高津从事不可逆现象热力学研究，从1947年到1967年，耗费20年心血，终于得到了“耗散结构”概念，并在1969年一次理论物理和生物学国际学术会议上作了题为《结构、耗散和生命》的报告，提出了耗散结构理论。这个理论很快在不少学科得到应用，普里高津因提出这一理论而荣获了1977年诺贝尔奖。耗散结构理论是研究一个系统从混沌向有序转化的机理、条件和规律的一门科学。所谓“耗散结构”是指在非平衡态的开放系统中，当控制参数达到某一特定临界值时，系统通过涨落会发生从无序到有序的突变而产生的稳定有序结构。这种结构必须与外界交换能量和物质才能维持，所以称作耗散结构。耗散结构的形成是有条件的：（1）系统必须是远离平衡态的开放系统，系统要与外界变换能量与物质，才有可能降低自身的嫡。当系统处于平衡态或近平衡态时，系统不能产生新结构，其总的倾向是趋于无序或趋于平衡。因而要形成耗散结构，系统就要远离平衡态（2）系统内部具有非线性动力学机制。系统要素间的非线性相互作用是推动系统向有序发展的内部动力。这种非线性机制能促使系统各要素间产生相干效应（使系统元素耦合，产生自组织结构）和临界效应（临界点上失稳，形成新结构），从而使系统由混乱无序向有序转变。线性相互作用起的是数量上的叠加作用，具有独立性、均匀性和对称性，它不能带来质的变化。非线性机制所产生的非加和作用是系统产生并保持耗散结构的根本原因。耗散结构理论的意义在于它指出了化学、生态系统等许多复杂系统由无序转向有序的规律是一般的，沟通了生命系统与非生命系统之间的联系。事物要寻求发展，就得保持其系统是开放的，与外界有能量、物质、信息的交换。如现代企业管理系统必须是开放的，一个封闭、没有竞争机制的企业难以存活。耗散结构理论的提出结束了科学界对时间可逆与否、世界是进化了还是退化了的争论。它把经典力学与热力学，以及热力学与生物进化论结合了起来。普利高津认为，时间不仅仅是力学方法中的一个运动参量，而且时间联系着事物的过去、现在和未来。通过对系统演化史的考察，时间不再是系统外界的参数，而成了非平衡系统内部进化的度量。时间观念能分为不同的层次，其中与经典力学相联系的时间是可逆的，它仅仅是运动的几何参量，与热力学相联系的时间是不可逆的，与生物进化论层次相联系的时间是与历史相联系的，这些不同层次的时间相互联系，并依据一定条件而过渡。普利高津的这种认识统一了可逆、进化与退化间的矛盾，为人类展现了一种全新、科学的自然观和系统的方法论。耗散结构理论30多年的发展取得了巨大成就，成为现代系统科学的一个重要理论分支。（六）协同学协同学是20世纪70年代后期由原西德理论物理学家哈肯（Haken）创立的。早在20世纪60年代初激光问世时，哈肯就积极从事激光理论研究，他发现激光呈现出丰富的合作现象，从而得出了协同作用的重要概念。但协同学正式形成框架是在1977年。协同学是一种研究各种不同系统在一定外部条件下，系统内部各子系统之间通过非线性相互作用产生协同效应，使系统从混沌无序状态向有序状态，从低级有序状态向高级有序状态，以及从有序状态向混沌状态转化的机理和共同规律的理论。它以信息论、控制论、耗散结构理论、突变论等现代科学理论的新成果·17
农业系统工程为基础，同时采用了统计学与动力学考查相结合的方法，通过类比，对各学科中的从无序到有序的现象建立了一整套数学模型和处理方案，从而可把在一门学科中所取得的成果很快推广到其他学科类似现象上去。哈肯认为系统由无序到有序的关键不在平衡、非平衡或者离平衡态有多远，关键在于组成系统的各子系统在一定条件下，它们之间的非线性作用、相互协同和合作，自发产生有序结构，因此强调了协同现象的普遍性和重要性。协同学着重研究系统中各元素间的合作，它不仅研究开放系统从无序到有序的演化规律，而且也研究其从有序到无序的演化规律，真正统一了有序与无序。因而协同学较耗散结构理论来说有更广的适用领域，它把研究从远离平衡态的开放系统扩展到近平衡态和平衡态系统。协同学的出现把非平衡系统的自组织理论推向了一个新的发展阶段。协同学是一门横断科学和边缘科学。由于它研究和揭示了在一定条件下，不同系统通过子系统间的协同作用与组织，从无序向有序转变的共同规律和特征，因而在自然科学和社会科学领域有着广阔的应用前景。（七）突变论突变论是法国数学家勒内·托姆（Rene·Thom）于1972年创立的。它是一个新的数学分支，也是系统科学发展中的个重要分支。以往的数学只能解决连续变化（离散连续）问题，渐变论是学术界的主导思想，对那些突然出现的非连续性变化显得无能为力，不能解释突变问题。突变论从量的角度研究各种事物的不连续变化问题，进行从量变到质变的研究。它用形象而精确的数学模型来模拟突变过程，其要点在于考察这一过程从一种稳态到另一种稳态的跃迁。运用的数学工具主要为拓扑学、奇点理论和结构稳定性理论。突变论以稳定性理论为基础，通过对系统稳定性的研究，阐明了稳定态与非稳定态、渐变与突变的特征及其相互关系，提示了突变现象的规律和特点。托姆的突变论观点主要有以下几点：（1）稳定机制是事物的普遍特性之一，是突变论阐述的主要内容，事物的变化发展是其稳定态与非稳定态交互运行的过程。（2）质变可以通过渐变和突变两种途径来实现，如水在常压下的沸腾是通过突变来实现的，而语言的演变则是一个渐变过程。质变到底是以哪种方式来进行的，关键是要看质变经历的中间过渡态是不是稳定的。如果是稳定的，那么就是通过渐变方式达到质变的；如果不稳定，就是通过质变方式达到的。（3）在一种稳定态中的变化属于量变，在两种结构稳定态中的变化或在结构稳定态与不稳定态之间的变化则是质变。量变必然体现为渐变，突变必然导致质变，而质变则可以通过突变和渐变两种方式来实现。四、系统工程的应用领域由系统工程的特点可知，系统工程具有广泛的适用性。因此，它的应用领域十分广泛，主要有：1.社会系统工程它的研究对象是整个社会，是一个开放的复杂巨系统。它具有多层次、多区域、多阶段的特点，如社会经济系统的可持续协调发展总体战略研究。2.经济系统工程运用系统工程的方法研究宏观经济系统的问题，如国家的经济发展战略、:18:
第一章系统工程概论综合发展规划、经济指标体系、投入产出分析、积累与消费分析、产业结构分析、消费结构分析、价格系统分析、投资决策分析、资源合理配置、经济政策分析、综合国力分析、世界经济模型等。3．区域规划系统工程运用系统工程的原理和方法研究区域发展战略、区域综合发展规划、区域投人产出分析、区域城镇布局、区域资源合理配置、城市资源规划、城市公共交通规划与管理等。4.环境生态系统工程研究大气生态系统、大地生态系统、流域生态系统、森林与生物生态系统、城市生态系统等系统分析、规划、建设、防治等方面的问题，以及环境监测系统、环境计量预测模型等问题。5。能源系统工程研究能源合理结构、能源需求预测、能源开发规模预测、能源生产优化模型、能源合理利用模型、电力系统规划、节能规划、能源数据库等问题。6.水资源系统工程研究河流综合利用规划、流域发展战略规划、农田灌溉系统规划与设计、城市供水系统优化模型、水能利用规划、防污指挥调度、水污染控制等问题。7.交通运输系统工程研究铁路、公路、航运、航空综合运输规划及其发展战略、铁路调度系统、公路运输调度系统、航运调度系统、空运调度系统、综合运输优化模型、综合运输效益分析等。8.农业系统工程研究农业发展战略、大农业及立体农业的战略规划、农业投资规划、农业综合规划、农业区域规划、农业政策分析、农产品需求预测、农产品发展速度预测、农业投人产出分析、农作物合理布局、农作物栽培技术规划、农业系统多层次开发模型等。9.企业系统工程研究市场预测、新产品开发、CIMS及并行工程、计算机辅助设计与制造、生产管理系统、计划管理系统、库存控制、全面质量管理、成本核算系统、成本效益分析、财务分析、组织系统等。10.工程项目管理系统工程研究工程项目的总体设计、可行性、国民经济评价、工程进度管理、工程质量管理、风险投资分析、可靠性分析、工程成本效益分析等。11.科技管理系统工程研究科学技术发展战略、科学技术预测、优先发展领域分析、科学技术评价、科技人才规划、科学管理系统等。12.教育系统工程研究人才需求预测、人才与教育规划、人才结构分析、教育政策分析、学校系统化管理等。13.人口系统工程研究人口总目标、人口参数、人口指标体系、人口系统数学模型、人口系统动态特性分析、人口政策分析、人口区域规划、人口系统稳定性等。14.军事系统工程研究国防战略、作战模拟、情报、通信与指挥自动化系统、先进武器装备发展规划、综合保障系统、国防经济学、军事运筹学等。15.信息系统工程运用系统工程理论和方法研究信息化及现代信息技术发展战略、规划、政策，各级各类信息系统分析、开发、运行、更新及管理等。16.物流系统工程以供应链和社会经济系统结构优化及高效运营为基础，研究企业物流系统、社会物流系统及其集成系统的战略、规划、优化、控制、管理等，强调以物流为中心，实现物流、商流、信息流、价值流的一体化。·19·
农业系统工程第三节系统科学的学科体系现代科学技术发展至今，已经取得了巨大成就。今天人类正探索着从渺观、微观、宏观、宇观直到胀观5个层次时空范围的客观世界，如图1-4所示。其中宏观层次就是我们所在的地球，又产生了生命、生物，出现了人胀观类和人类社会。如今这些研究已经形典型尺度(2)：10°m=10*1.Y.成了众多科学领域和学科。据统计，目前国内外已有1000多种研究领域宇观和4000多个学科，今后肯定还将产.10°m=10'1.Y.（相对论）生出新的学科。但不管有多少种学生物人类科，就整体而言，现代科学技术所研人类社会宏观究的对象是整个客观世界。客观世界（牛顿力学）....10°m包括自然的和人造的，人也是客观世微观界的一部分。从不同角度、不同观点·10-5cm（量子力学）以不同方法研究客观世界的不同问题时，现代科学技术又产生了各种不同渺观.:10-*cm的科学技术部门。例如自然科学是从（超弦理论）物质在时空中的运动、物质运动的不图1-4客观世界的时空范围同层次、不同层次的相互关系这个角度来研究整个客观世界的；社会科学是从人类社会发展运动，即从人类社会内部运动以及人类社会发展运动和客观世界的相互影响这个角度研究整个客观世界的。钱学森提出了现代科学技术体系的矩阵式结构，结构见图1-5。这个结构从纵向看首先引入“性智”、“量智”，即客观整体认识和微观定量分析，此下有11个大科学技术部门，即自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、地理科学、军事科学、行为科学、建筑科学、文艺理论。这是根据现代科学技术发展到目前水平所作的划分，今后随着科学技术的不断发展，还会产生出新的科学技术部门，所以，这个体系是个动态发展和开放的系统。再从横向上来看，每一个科学技术部门里都包含着认识世界和改造世界的知识，而这些知识又处在不同层次上。自然科学经过300多年的发展，已形成了3个层次，这就是直接用来改造客观世界的工程技术，为工程技术直接提供理论基础的技术科学，以及再往上一个层次，揭示客观世界规律的基本理论，即基础科学。这3个层次反映了从认识世界到改造世界的科学技术知识结构。从这个角度来看，它对其他科学技术部门同样也是适用的。惟一的例外是文艺，文艺只是理论层次，实践层次上的文艺创作就不是科学问题，而是属于艺术范畴了。马克思主义哲学是人类对客观世界认识的最高概括，也是科学技术的最高概括。辩证唯物主义反映了自然界、人类社会和思维发展的普遍规律。因此，现代科学技术的发展，应坚持马克思:20