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西方系统系理论初探

范文

罗建原+罗帆

摘要：系统系是指由独立运行、彼此交互的诸多系统形成的整合网络，以实现单个系统不具备的能力和无法完成的整体目标，甚至全球性目标。系统系是解决复杂问题的新方法。文章介绍了系统系定义、特征及类型，将系统系与系统、系统工程等概念进行了比较，阐述了系统系的社会化趋势。

关键词：系统系；系统；社会技术系统；复杂性

中图分类号：C93 文献标识码A 文章编号1673-0461（2014）04-0000-00

一、引言

由于高、新技术的快速发展，系统之间的接触和互动变得更加频繁和密切。为响应各种新的需求，许多独立管理和运行系统通过建立多样性连接形成系统系。[1]系统系是结合多个系统或复杂系统的一个大系统，深刻影响着全球经济发展的诸多方面。系统系属于复杂性学科[2]。概念“系统系”在20世纪后期饱受争议。在21世纪初，由于解决多系统集成和交互问题的需求与日益增加，它才被科学家广泛地接受[3]，并代表着新兴领域和发展方向，而之前是控制论、信息论、系统论和自组织理论，其中后者包括耗散结构理论、协同学、突变论、超循环理论、混沌理论，是自20世纪80年代以来日益活跃的理论。近年来，许多学者已经认可系统系与系统之间的差异。系统系正在成为解决复杂问题的新方法。但是不同的领域一直以非常宽松方式使用它。本文旨在通过文献回顾，通过梳理分散在诸多领域的系统系研究成果，归纳出系统系理论的基本框架。

二、系统系内涵

系统系的概念相对较近。最初由美国国防部引入。SOS用来形容大规模、地理上分布的、异构的系统安排，包括多个独立的产品线的应用，跨度多个组织的边界。SOS用于提供利益相关者所期盼的能力。目前，没有普遍公认的系统系定义[4]，比较有代表性的定义有：

从联合作战角度，Manthorpe（1996）认为，系统系侧重指挥、控制、计算机、通信、信息和情报（C4I）、智能、监视和侦察（ISR）系统的互操作性和协同作用。[5]

Maier（1998）认为，系统系是任务导向型或专用系统的集合，通过集中各个组件系统的资源和能力得到一个新的、更复杂的、“元系统”，从而获得更多的功能和性能，远大于各个组成系统的功能和性能的简单总和。[6]

从结构分析，Carlock and Fenton（2001）认为，系统系是大规模协作和分布式系统，这些系统本身是复杂系统。[7]从功能角度，他们认为，企业系统系工程专注于耦合传统系统工程活动，如战略规划和投资分析。

从分析情景角度，Pei（2000）认为，系统系集成是旨在追求发展，整合，互操作性和系统优化的一种方法，以提高未来战场场景下的能力。[8]

根据Kaplan（2006）的观点，系统系工程是为“跨系统和跨社区的过程，确保开发和提升以任务为导向的能力，以满足多方利益相关者不断变化的需求。这种进化需求超出了单个系统的生命周期寿命。”从子系统发展到系统，最后成为系统系的过程，见图。这展示了相当强的一体化能力。

Jamshidi（2008）[9]认为，系统系是诸多异构、独立操作系统的大型整合系统，为了实现共同目标实施联网。目标可能是追求成本、性能和鲁棒性等。他还认为，系统系是一个“超级系统”，组件系统本身是独立复杂的业务系统并彼此互动，以实现一个共同的目标。每个SOS组件系统有自己现实目标，即使它从SOS分离出去。

Jamshidi（2009）认为，系统系是有限独立可操作组件系统的整合，并通过网络连接在一起，协作一段时间，以达到某些更高目标。[10]

综上所述，本文认为，系统系是指若干组成系统的大规模整合，这些组成系统具有多样性和异质性的特点，并可以独立自主地运行，为某个共同目标而协同工作一段时间，实现了任何单个组成系统都不具备的整体功能。

三、系统系的特征

系统是由相互作用的要素构成。按照这种构成方法，系统系就是由相互作用的系统构成。在系统系中，这种系统成为组件系统。因此，系统系具有与系统不同的特征。Maier等（1998，2002）[11-12]提出了系统系的五个主要特征：

（1）运行独立性。如果系统系被分解到组成系统，组件系统必须能够有效地独立运行。系统系是由按照自己目标和分别地独立运行的系统构成。

（2）管理独立性。组件系统不仅可以独立操作，而且独立地管理。每个组件系统分别和单独地加入系统系，再实现整合。但组件系统仍维持持续运行，并不受系统系的控制。

（3）进化发展。系统系无法彻底地形成。它的发展和存在是一个进化过程，其功能和意图不断地添加、删除功能调整。

（4）涌现行为。系统所执行功能和达到的目的，无法被任何组件单独地承担。这些行为是对整个系统，这些行为是整个系统系的涌现特性，并且不能产生于任何组件系统。系统系的主要目就是实现涌现行为。

（5）地理分布。组件系统在地理范围上分布很广。由于通讯能力的提高，范围很大是个模糊和相对的概念，但是至少它意味着，不同组件可以很容易地只交换大量的信息，而不是指交互大量实实在在的物质或能量。

Sage，et. al.，（2001）[13]认为，当上述五个特征中的大多数出现时，SOS就存在了。换句话说，系统系并必须同时具备上述五个特征，但是被表现出的五个特征越多，越可能是系统系。

一般地，不同要素系统具有异质性。更重要的是，进化特征表示各个系统不是自始至终地在一起工作（互操作）。互操作性表明要素系统之间能够协同工作。虽然这系统系最初是指（电脑）系统能够交流和使用信息，如今要素系统已经包括物理、软件、人力和组织成分。因此，互操作性必须在多个层面有效，比如物理、句法、语义、流程和政策层面。这带来显著的挑战，特别是在较高的水平而明确的定义几乎是不可能的。事实上，互操作性的频谱特性，因为许多研究重点的一个方面。 Maier3强调，区分遗族从单一系统的运作和管理的独立性特征。遗族会出现在许多不同的尺度，但已被使用的控制范围内遗族在任何级别的性质来定义某些类型的技能训练。这是不可能的任何特定遗族会完全适合如下所述的四种类型之一的描述，但是，这将主要呈现的一种类型的行为。这四种类型已经定义了采集社会AS4 ：

四、系统系类型

系统系可以采取不同的形式。根据系统系内部控制性质，系统系有四种类型。[14]，[15]

（1）控制型。系统系是为达到特定目标而创建和管理的，并且组件系统服从系统系的管理。但是组件系统保持独立运作的能力，但是它们正常操作模式服从于中央管理的目的。这种类型的系统系有严格的界定。这种系统系最理想的实现条件是，拥有权力机构、共同标准和协议的单一组织。

（2）公认型。系统系有共同认可的目标，指派的管理者和自己支配的资源，但是组件系统保持其独立的所有权、目标、资金、开发和维持方法。系统的改变是依据系统系和组件系统之间的合作协议。这种类型的系统系最适合的情境是，各个组件系统的所有权属于不同组织。但是在它们当中，有一个占支配地位的组织，它承担领导角色。

（3）协作型。组件系统的交互，或多或少，自动地服务于所约定的中心目标。中央管理者集体决策如何提供或拒绝服务，从而提供一些强迫执行和维护的手段。这种系统系最适合的环境是：组件系统的所有权属于不同的组织，所有组织地位平等，没有主导型组织。

（4）虚拟型。系统系没有中央管理机构和协商一致的系统系目标。大规模的行为涌现，可能是所期盼的，但这种类型的系统系必须依靠相对无形的机制来维护它。万维网就是一种虚拟系统系。

需要注意的是，系统系有不同的分类方法。单个系统可能分别地或同时地属于不止一类的系统系。

上述系统系的类型提供了一个分析框架，一是按照系统系性能来源分析系统系，二是分析系统系和系统两者与利益相关者之间关系。

五、系统系、系统和复合系统的比较

1. 系统系与系统的比较

系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。或者，系统是相互联系相互作用的诸元素的综合体。这个定义强调元素间的相互作用以及系统对元素的整合作用。

系统和系统系的区别在于组成。它们两者都符合定义“由部分和关系组成，整体大于各部分之和”。从这个意义上讲，它们是相同的。但是，它们的运行基本原理意义上有区别。原理影响它们的结构、行为与实现，而区别来自各个部分和关系聚集在一起，并在整体上产生涌现的行为方式。系统系的内涵要比系统丰富的多。系统系比系统能处理更复杂的问题。

系统系的内涵要比系统丰富的多。系统系比系统能处理更复杂的问题。基于文献研究，二者的比较列在表1中。

2. 系统系与复合系统比较

在经典物理学中，复合系统（Composite Systems or compound systems）能被分解成它的子系统；并且反过来，各个子系统可以结合起来，得到整体的复合系统。经典的整体系统完全可以按照诸多子系统及其相互动态相互作用的状态来描述。

3. 系统工程与系统系工程的比较

系统工程是指用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统问题的一类工程实践，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理。

系统系工程包括系统系的设计、分析和转换为期待的产出。系统系工程（SOSE）关注系统群的组成，通过多系统的成功互操作来实现预期的商业或社会目标。系统系工程（SOS）的构成种类繁多，从相互连接传感器的小型集合，通过电源、存储和调解装置构成的微型电网，到铁路、公路、航空网络的整个运输系统。事实上，在任何复杂系统中，包含一个以上的个体和可行系统，与一个或多个其他系统进行互操作，以实现不能由单个系统单独操作来实现的效果，这样运作活动可划分系统系工程。

六、系统系的社会化趋势

由于系统系工程总是包括人和社会技术系统，系统系所面对的诸多挑战来自人、文化和信息等方面。[16]一般情况下，SOSE需要考虑超出与工程相关的传统内容，拓展到包括社会技术和社会经济的内容。由此可见，系统系不仅可以是单纯的大规模技术系统，而且还可以是复杂的社会技术系统。

[参考文献]

[1] Hermann Kopetz. System of Systems Challenges[A]. Computer Safety，Reliability，and Security[C]. 29th International Conference， SAFECOMP 2010 Vienna，Austria，September 14-17，2010 Proceedings，2010： 480.

[2] X. F. Hu， B. Zhang.SoS complexity and SoS engineering[J].Journal of CAE IT，2011，6：446-450.

[3] W. M. Zhang， Z. Liu， and D. S. Yang， et aI..Theory and methodology for system of systems engineering[M]. Beijing， China： Science Press，2010.

[4] Kaplan， J.M. A New Conceptual Framwork for NetcETRIC enterise-Wide System of Systems Engineering[Z]. Center for Technology and National Security Policy，National Defense University， 2006.

[5] Manthorpe， W.H. The Emerging Joint System of Systems：A Systems Engineering Challenge and Opportunity for APL[J]. John Hopkins APL Technical Digest， 1996，17（3）：305-310.

[6] Maier，M.W. Architecting Principles for System of Systems[J]. Systems Engineering，1998，1（4）：267-284.

[7] Carlock，P.G. and R.E. Fenton，System of Systems （SoS） Enterprise Systems for Information-Intensive Organizations[J]. Systems Engineering， 2001，4（4）：242-261.

[8] Pei，R.S.，Systems of Systems Integration （SoS1）-A Smart Way of Acquiring Army C412WS Systems[C].Proceedings of the Summer Computer Simulation Conference， 2000：134-139.

[9] M. Jamshidi，. System of Systems Engineering –Innovations for the 21st Century[Z]. Wiley Series in Systems Engineering，2008 John Wiley & Sons， Inc，2008.

[10] Jamshidi，M.， Ed. System of systems engineering-innovations for the 21st century[Z].J. Wiley & Sons，2009：2.

[11] Maier， M.， and Rechtin， E..The Art of Systems Architecting[M].2nd Ed，CRC Press，2002.

[12] Maier， M..Architecting Principles for Systems-of-Systems[J].Systems Engineering，1998，1：267- 284.

[13] Sage，A.P.，and Cuppan，C.D..On the Systems Engineering and Management of System-of-Systems and Federations of Systems[J].Information，Knowledge，Systems Management，2001，2（4）： 325-345.

[14] Maier，M..Architecting Principles for Systems-of-Systems[J].Systems Engineering，1998，1：267- 284.

[15] Dahmann，J.，and K. Baldwin. Understanding the Current State of US Defense Systems of Systems and the Implications for Systems Engineering[C]. Paper presented at IEEE Systems Conference，7-10 April， Montreal， Canada， 2008.

[16] Neaga，E.I.，M.J.d. Henshaw，and Y. Yue. The influence of the concept of capability-based management on the development of the systems engineering discipline[C]. Proceedings of the 7th Annual Conference on Systems Engineering Research， 20th - 23rd April 2009，Loughborough University，UK. 2009.

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