1.2　系统概念与分类

前面提到了装备管理系统，所谓系统的概念来自人类长期的实践活动，人类很早就认识到事物的发展不是孤立的、割裂的、互不联系的，而应将世界看成相互联系、相互作用、相互制约的统一整体。

系统不是孤立的，而是存在于一定的环境之中的。系统与环境之间可能存在物质、能量、信息的交换。从系统内部来看，系统是由多个要素组成的，而这些要素之间存在相互作用的关系。当系统的元素较少时，系统可以按照单一的模式对元素进行整合；当系统的元素很多、差异不能忽略时，往往将元素分为不同的部分，形成子系统，子系统是可以层层嵌套的。

元素和子系统统称为组分，组分及组分之间关联方式的总和称为系统的结构。若干组分按某种方式整合成为一个系统，就会产生整体特有而部分没有的特性、功能或行为。也就是说，系统相比组分具有质的提升，这种整体具有部分或部分的总和所不具有的特性，称为整体涌现性。由于元素特性、元素数量、元素关联方式的不同，整体涌现性在质和量上千差万别，所以产生出世界上无穷无尽的系统。系统科学研究的一个重要方面就是探索整体涌现性发生的条件、机制、规律。

1.2.1　系统概念

“系统”是一个内涵十分丰富的概念，很难给它下一个准确的定义。戈登（G.Gordon）在其所著的《系统仿真》一书中写道：“系统这个术语已经在各个领域用得如此广泛，以致很难给它下一个定义。”关于系统的定义，国内外学术界从不同的角度提出了不同的看法，也就是说有很多不同的定义。系统一词最早见于古希腊原子论创始人德谟克利特（公元前460—公元前370年）的著作《世界大系统》。该书明确地论述了关于系统的含义：“任何事物都是在联系中显现出来的，都是在系统中存在的，系统联系规定每一事物，而每一联系又能反映系统联系的总貌。”戈登在总结前人思想的基础上，将系统定义为“按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和”。

对我们来说，重要的是理解其含义。这里给出一种普遍接受的定义：系统是由相互联系、相互作用的对象（要素、部件）构成的具有特定功能的有机整体。

系统的概念是很广的，大至无限的宇宙世界，小到分子、原子，都可称为系统。可以说，仿真中所研究的一切对象都可称为系统。

我们以坦克推进系统为例来加深对系统的理解。坦克推进系统由动力装置（发动机）、传动装置（离合器、传动箱、变速箱、侧减速器、主动轮）、行动装置（诱导轮、履带、悬挂装置）及操纵装置组成，将燃料燃烧产生的热能转变为机械能，经过传输、控制，使坦克获得机动性能，实现坦克运动，并保障坦克平稳行驶和通过难行地面与障碍物等。这就是对一个系统的描述。

在定义一个系统时，首先要确定系统的边界。尽管世界上的事物是相互联系的，但当我们研究某一对象时，总是将该对象与其环境区别开来。边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。边界确定了系统的范围，边界以外的环境对系统的作用称为系统的输入；系统对边界以外的环境的作用称为系统的输出。这里的环境是指在边界之外的，对系统有影响的外界因素。

尽管世界上的系统千差万别，但人们总结出描述系统的“三要素”，即实体、属性、活动。实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；属性也称为描述变量，描述每一实体的特征；活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。

（1）实体：组成系统的具体对象。如上例中的动力装置、传动装置、行动装置、操纵装置。

（2）属性：实体所具有的某些特征。如上例中操纵装置的行程、操纵力；动力装置的转速、输出扭矩、燃油消耗；传动装置的各旋转件转速、传递扭矩；行动装置的速度、转速、行程。

（3）活动：特定长度时间内引起系统变化的过程。如上例中动力装置转速和扭矩的增减、操纵装置行程的改变、传动装置传动比的改变、行动装置行程的改变。

（4）状态：随着系统的运动、发展、变化，在不同的时刻，系统中实体、属性可能不同，这种变化通常用状态的概念加以描述。t时刻系统中实体、属性、活动的信息总和称为系统在该时刻的状态，用状态变量描述。

1.2.2　系统分类

1．按照系统的特性分类

系统可分为工程系统和非工程系统。工程系统是指人们为了满足某种需要或实现某个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机械系统、电气系统、化工系统、武器系统等。工程系统有时也称作物理系统。

非工程系统是指由自然和社会在发展过程中形成的、被人们在长期的生产劳动和社会实践中逐步认识的系统，如社会系统、经济系统、管理系统、交通系统、生物系统等。非工程系统有时也称作非物理系统。

2．按照系统中起主要作用的状态随时间的变化分类

系统可分为连续系统和离散事件系统。连续系统是指状态随时间连续变化的系统。离散事件系统是指状态的变化在离散的时间点上发生，且往往又是随机的。

3．按照对系统内部特性的了解程度分类

系统可分为白色系统、黑色系统和灰色系统。白色系统是指内部特性全部已知的系统。黑色系统是指内部特性全部未知的系统。灰色系统是指内部特性部分已知、部分未知的系统。

4．按照系统的物理结构和数学性质分类

系统可分为线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，集中参数系统和分布参数系统，单输入单输出系统和多输入多输出系统等。

5．按照系统内子系统的关联关系分类

根据系统的本质属性，以及系统内子系统的关联关系，系统可分为简单系统和复杂系统。

简单系统是指组成系统的子系统数量较少，因而它们之间的关系也比较简单，或尽管子系统数量多或巨大，但它们之间的关联关系比较简单。按照子系统的数量级，简单系统还可分为小系统（子系统数量为几个、十几个）、大系统（子系统数量为几十个、上百个）以及简单巨系统（子系统数量成千上万个、上百亿个、万亿个）。对于某些非生命系统，例如，一台测量仪器可视为一个小系统，这类系统用传统的数学、物理学、化学可以很好地描述；一个仅考虑产品生产的普通工厂可视为一个大系统，这类系统可以用控制论、信息论和运筹学的部分内容加以研究。总之，研究这些简单系统可以将各子系统之间的相互作用直接综合为整体系统的功能。简单巨系统的子系统数量巨大，但子系统差别较少，因而反映出此类系统的子系统种类少，关联关系也比较简单。例如，激光系统就是简单巨系统，中国围棋也可视为简单巨系统。这类系统无法用研究简单小系统和大系统的方法解决，连巨型计算机也不够使用。对于这类系统，由于子系统往往具有共同特点，因此可把亿万个分子组成的巨系统的功能略去细节，而用19世纪后半叶发展起来的统计力学进行概括处理。处理这种系统的理论近20年来发展很快，如耗散结构理论和协同学。

复杂系统最主要的特征是系统具有众多的状态变量，反馈结构复杂，输入与输出呈现非线性待征，可将上述特点简单称为高阶次、多回路及非线性。首先，复杂系统研究的理论基础尚未达到如物理系统领域的抽象程度，通过系统分析而产生的数学模型常常可信度比较低。其次，复杂系统往往具有病态定义的特征，即很难以一种严格的数学形式来对它进行定义及定量分析。最后，复杂系统的另一个难点是病态结构，系统结构很难从空间和时间上加以分割，很难确定系统的边界和水平。对复杂系统的观测和试验都比较困难，从而使获得的数据对于系统行为的反应可信度及可接受性降低。

6．按照子系统的数量分类

系统可分为小系统、大系统、巨系统。巨系统又可分为简单巨系统与复杂巨系统。自然界、人本身及人类社会都广泛存在着复杂巨系统。如果复杂系统中的子系统数量极大，种类又很多，它们之间的关联关系很复杂，就称为复杂巨系统。尽管这类系统有客观的确定规律，但子系统的差别造成了规律的多样化。对于复杂巨系统，如果它与外界有能量、信息及物质的交换，则称为开放的复杂巨系统。

不包括人的意识及其活动在内的系统称为自然系统，包括人的因素的系统称为社会系统，社会系统显然是复杂系统。钱学森认为，社会系统（如经济、政治、军事、科学技术、人口系统等）可称为开放的复杂巨系统。这类系统的复杂性不仅是子系统种类多，各有其定性模型，而且子系统间及与外界存在着各种方式的信息交流和积累；子系统的结构也在随着系统的进展不断变化。社会系统的基本单元—人本身，就是一个复杂巨系统，人是有意识、有主观能动性的。人的行为是决定社会系统行为的非常重要的基础。这就使得社会系统中不同行为的人或子系统间的关系异常复杂，因此社会系统的规律往往复杂、多变，难以把握。

目前，对复杂巨系统的研究还处于探索阶段，方法还很不成熟，如人体系统、地理系统、星系系统都是复杂巨系统。这些系统在结构、功能、行为、演化等方面十分复杂，至今仍有大量问题还不了解。