科普-中华学生百科全书-第3部分
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统的整体效应。如将氦原子对半分开，变成两个氘原子后，每个氘原子的体
积都比原来氦原子的体积大；用高能粒子将质子打碎，每个碎片都可以“恢
复”到原来质子的大小；用几个“夸克”组合为强子，它的质量竟比单个的
“夸克”的质量还要小得多。
系统的整体不等于局部的总和，就像一栋房屋并不等于他的砖瓦、木料
等部分的总和；人体并不等于他的手、脚、头等组织器官的总和一样。由此
看来，有了组成系统整体的各部分，并不一定就有了整体。系统整体是各个
要素按一定的方式构成的有机体，其要素作为整体的部分，要素与整体、环
境以及各要素之间相互联系、相互作用，使系统整体呈现出各个组成要素所
没有的新的质，因而具有局部所不具有的功能。
例如，一列客车是一个系统，它是由其车头、车厢、电路系统、供水系
统以及通信系统、服务系统等要素组成，各组成要素（子系统）具有各自不
同的功能，而作为系统的整体——客车，除了具备各子系统特有功能外，还
具备各个子系统没有的新功能——优质、安全地运送旅客。
“T”型人才
系统科学是一门综合性学科，涉及的学科领域很多，诸如数学、物理、
计算机以及经济学、管理科学等均是一个从事系统科学研究与应用的科技人
员所必须涉猎的。因此，系统工程培养的是一种具有合理知识结构的“T”型
人才。所谓“T”型人才，是指那些既具有比较广博的知识面——天文、地理、
历史、文学、数学、物理、化学均懂一点，又同时是在某一学科造诣颇深的
专家，如经济学家、数学家等，这样的人才（我们称之为“T”型人才）是从
事系统科学研究与应用最为理想与适合的人才。“T”型人才具有良好的知识
结构和较强的“整体优势”，为其他某一领域、专业学科的专家所不及，因
之能取得更多卓有成效的成就。
当然，在实际工作中培养这类“T”型人才很不容易，为了弥补这一不足，
系统科学研究通常是通过组建一个具有良好知识结构的研究小组来进行，该
小组一般由社会科学与自然科学两方面的专家学者组成。这样，要求系统工
程工作者重视团体的协作。如果有谁打算从事系统科学方面工作的话，请一
定注意两点：一是注意有意识地调整自己的知识结构，在成为某一方面专家
的同时，注意吸收其他学科的知识与营养；二是注意培养自己的集体主义精
神与协作精神。因为系统工程需要协作！
毫无疑问，具有“T”型知识结构的“系统分析工程师”，将是下一世纪
最令人羡慕的职业之一。
“鱼网”的科学原理
——系统结构决定系统功能
大家知道，一张网是由许许多多的网孔（单洞）编织而成的。试想，如
果将一张大渔网分解成与网孔数量同样多的“单洞”，并用这一个个的“单
洞”去网鱼，还能捕捞到鱼吗？毫无疑问，单洞网鱼，将一无所获。只有将
这些许许多多的“单洞”编织、连接成一张大网，鱼儿即使有腿也难逃了。
这张网也是一个系统，它的元素就是那许许多多的“单洞”，只有当许
许多多的“单洞”有机地连接成一张网时，由单洞构成的系统才有了捕鱼的
能力。如果将这些单洞连接成一条链状的“网”或其他不成片状的“网”，
都是无法网上鱼的。在单洞有机连接之前，尽管有同样数量的“单洞”，但
无论如何也不具备捕鱼的功能。用系统科学的话来说，是“系统的结构决定
了系统的功能”。
系统的结构与功能是系统科学的基本概念。不管什么系统，自然系统、
社会系统或人造系统，无不具有一定的结构。系统的结构就是系统保持整体
效应及具有一定功能的内在联系，即系统内部各组成要素之间在空间和时间
方面的相互联系与相互作用的方式或顺序。
现在，让我们来看看人口系统的结构是什么。
人口系统，最简单的结构是其性别与年龄。如果说一个国家，或者一个
城市的人口中，男的占 51％，女的占 49％，那么这两个百分数就是这个人口
系统的“性别结构”；如果冉从年龄方面来考虑，将总人口划分为未成年人、
成年人和老年人三部分，未成年人与成年人和老年人分别占总人口的比重为
30％、60％、10％的话，这三个百分数就是这个人口系统的“年龄结构”。
是否所有系统的结构都能用百分数来表示呢？不是的。例如，一张网的
结构就在于“单洞”的连接方式，晶体的结构在于晶体内部原子或分子的排
列方向与顺序，化合后的结构则在于其化学键的结合方式。对于具体的物质
来说，它们所具有的特定的存在方式，就是物质的结构方式。从宏观天体到
微观粒子的一切层次的物质系统，由于其内部分子、原子结构的差异，无一
例外地存在着一定的系统结构特性，如固态、液态、气态等多种物质结构形
式。研究任何物质系统的这种组成关系，就是结构问题。
那么，什么又是系统的功能呢？
我们把系统与外部环境之间相互联系和作用过程的秩序和能力称为系统
的功能。系统的功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的
输入与输出的变换关系。可表示为：
说明上述作用与原理的例子很多，就拿电视机来说，它由显像管以及许
多的电子元件依据一定的秩序构成其内部结构。一般人并不清楚电视机的内
部结构，只有专门修理人员、专家才知道它的工作原理与每一个零部件的具
体功能与作用。但我们都知道怎么使用一台电视机，只要在电视台播放电视
节目的时间里，给电视机通上电源，选择适当的电视频道，就可以收看经电
视机将无线电波转换成由“光”与“声”组合而成的电视节目了。这里，给
电视机的“输入”是电台发射的无线电信号（电波）、能源“电”，它的“输
出”则是我们喜闻乐见的电视节目。那么，一台电视机的“功能”就是将输
入的电视信号变换成丰富多彩的电视节目。
总之，系统的结构是系统由内部各要素相互作用的秩序，而功能则是系
统对外界作用过程的秩序。归根到底，结构与功能所说明的是系统的内部作
用与外部作用。系统功能揭示了系统外部作用的能力，是系统内部固有能力
的外部体现。换句话说，系统的功能是由系统的内部结构所决定的，即“系
统的结构决定系统的功能”。
为了说明“系统的结构决定系统的功能”这一系统科学原理，让我们来
看几个有趣的例子：
在有机化合物中，有两种物质，一种是石墨，另一种是名贵的金刚石（钻
石）。有趣的是，虽然这两种物质都是由碳原子组成，但由于其碳原子的排
列结构不同，两种物质的性质迥然不同。金刚石由于碳原子的排列组合方式
使得碳原子间分布均匀，结合紧密，成为一种无色透明、外形为八面体的十
分坚硬的硬质晶体；而石墨却因为碳原子的另一方式的排列组合使得碳原子
层与层之间的间距大，组合力弱，形成一种软质鳞片状晶体，其强度、塑性
和韧性都接近于零。两种物质虽然都是由碳原子组成，但由于碳原子的排列
秩序不同，则一“硬”一“软”，材料的功能与作用相去甚远。可见，物质、
材料的特征与功能，不仅与其化学组成要素有关，而且还与要素之间的结构
息息相关。
一本书如果一页一页拆开，然后打乱原有次序乱七八糟地重新装订，尽
管书的单元保留无余，但由于书的结构被破坏了，就成了一堆废纸。
由此可见，对于一切系统，系统结构决定系统功能，破坏其结构，就会
完全破坏系统的总体功能。
系统工程的研究对象
过去，一个泥瓦匠要建造一所住房，在弄到各种简单的建筑材料后，首
先一个人进行构思（如设想房子的式样），然后按照自己的想法来建造这所
房子，在建造之中可以随着不断出现的情况来修改自己原来的构思，直到房
子建好满意为止。在整个劳动过程中，他既构想这所房屋的总体结构，又从
每一个局部来实现房屋的建造；他既是管理者又是劳动者，两者是合为一体
的。后来生产进一步发展了，房屋越建越大，参加的人越来越多，于是出现
了分工。犹如一个单独的小提琴手可以自己指挥自己演出，而一个乐队就必
须有乐队指挥。因此，在一切规模较大的工程中，必须有一个“总工程师”，
由这个总工程师负责从整体、全局的角度来指挥、协调其他人的个人活动。
这就好比乐队指挥必须指挥乐队成员统一“步调”，才能奏出和谐优美的音
乐。
随着科学技术的不断发展，出现了更多庞大复杂的系统，例如联合生产
企业、现代化农场、纵横交错的铁路网、通讯网以及大型的水利工程等，它
们具有更加复杂的综合性的功能和目标，单纯从一门科学技术着眼已不能解
决问题，需要从结构组成、技术性能、经济效益、社会效果、生态影响等多
方面来加以综合考虑。从另一方面来看，由于工程装置复杂程度的不断提高，
涉及的人员与因素也更多。像美国研制原子弹的“曼哈顿”计划，参加人数
有 15000 多人，历时约 6 年，而参加“阿波罗载人登月计划”的各类工程技
术人员达 42 万多人，历时约 10 年。直接和间接参加我国第一颗通信卫星研
制和发射的有 20 个省市、30 多个部委、1000 多个单位、20 多万人，历时将
近 10 年。显然，要指挥规模如此巨大的社会劳动，涉及如此广泛复杂的科学
技术知识，单靠一个“总工程师”或“总设计师”的能力与知识是远远不够
的。因此，如何在最短的时间里，以最少人力、物力和资金，最有效地利用
科学技术的最新成就，来完成一项大型的科研、建设任务，这就是“系统工
程”所要解决的问题。
导弹武器系统是现代最复杂的工程系统之一，要靠成千上万的人大力协
同工作才能研制成功。研制这样一种复杂工程系统所遇到的基本问题是：怎
样把比较笼统抽象的研制要求逐步地变为成千上万个研制任务参加者的具体
工作，以及怎样把这些工作最终综合成为一个技术上合理、经济上合算、研
制时间短、能协调运转（命中率高）的实际系统，并使这个系统成为它所从
属的更大系统的有效组成部分。这样复杂的总体协调任务不可能单靠一个“总
工程师”来完成，它要求以一种组织、一个集体来代替这原属于“总工”的
工作，以对这种大规模社会劳动进行协调指挥。在我国，这种组织叫做“总
体设计部”。
总体设计部负责设计的是系统的“总体”，即研究制订系统的“总体方
案”以及实现这个方案的“技术途径”。总体设计部虽不承担具体部件的设
计工作，却是整体系统研制工作中必不可少的技术单位。总体设计部把系统
作为若干子系统有机结合成的整体来设计，对每个子系统的技术要求都首先
从实现整体系统技术协调的观点来考虑：总体设计部对研制过程中子系统与
子系统之间的矛盾、子系统与系统之间的矛盾，都首先从总体协调的需要来
选择解决方案，然后留给子系统研究单位自己去实践。总体设计部的工作，
体现了一种科学方法，这种科学方法就是“系统工程”。系统工程是组织、
管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所
有“系统”都具有普遍意义的科学方法。
系统工程是一门“工程”，而且是“好工程”。与以往其他工程（如土
木工程、水利工程等）相比，系统工程不仅限于“物”的建造或改造，还为
完成某项任务而提供决策、计划、方案、方法和工作程序。系统工程与传统
工程相比，是一门以“软”为主的技术，而传统工程则是一门以“硬”技术
为主的工程技术。
系统工程最显著的特点是，以“系统”为研究对象，追求系统目标的整
体优化并使实现系统目标的方法和途径最优。换句话说，即在最短的时间内，
以最少的人力、物力和资金来实现系统的最好目标。
总而言之，系统工程是一门总揽全局、着眼整体的方法性学科，它要求
综合运用已有学科的思想和方法处理系统内部各部分的配合与协调，�
