系统科学简史

1925年美籍奥地利生物学家贝塔朗菲(Ludwing von Bertranffy)首先提出了现代系统论的思想,并于1937年提出一般系统学原理,为系统科学奠定了理论基础[1]。此后贝塔朗菲与经济学家鲍尔丁(Kenneth Boulding)、生物学家杰拉德(Palph Gerard)以及生物数学家拉波波特(Anatol Rapoport)成立了“一般系统研究会”,四人被认为是系统科学运动的先驱[2]

20世纪50年代,钱学森将系统科学的思想带到了中国,开创并领导了中国国防系统分析研究工作。钱学森系统科学体系是我国第一个系统化的系统科学体系,为我国系统科学研究打下了坚实基础。钱学森把系统科学放在一个宏大的学科门类中,注重与其它学科的关系。此外,钱学森吧把系统科学划分为三部分:系统学、技术科学和工程技术。钱学森是中国系统科学的开创者,在中国系统科学立牌创立、学术共同体组织、中国系统科学体系建立等方面做出了巨大贡献[3]

70年代,在钱学森、宋健的提倡下,中国出现了系统科学的研究热潮,一批从事工程、经济、数学领域的专家学者率先转入系统科学研究。我国许多高校,如清华大学、天津大学、西安交通大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学等设置了系统工程或管理工程专业。

20世纪50年代,国外系统科学界形成了一批以“系统思考”为基础而发展出来的系统方法论:硬系统思考、软系统思考、系统动力学等。切克兰德(Checkland)对硬系统思考进行了阐述,认为是“为经济和管理科学工作者提供寻求系统在完全确定的目标下对绩效进行优化的一种手段”[4];而软系统方法论是“通过比较和学习解决目标具有不确定性问题的方法论”;系统动力学是“借助计算机的威力,利用反馈学术解开复杂的多重环路非现行系统的奥秘”[4] 。此外,在系统科学方法论研究中产生了较大影响的还有批判系统思考、复杂适应系统理论、系统科学方法论。

在国际系统科学理论界,中国学者在系统科学方法领域的研究令人瞩目,从钱学森的“工程控制论”[5]开始,到吴学谋的“泛系方法”[6],顾基发的“物理-事理-人理系统方法论”[7],再到邓聚龙的“灰色系统方法”[8],李习彬的“一般系统方法论”[9],在国外理论界具有较大影响,成为亚洲系统科学方法论的典型代表。

1956年,麻省理工学院Forrester教授创建了系统动力学,并于1958年在《哈弗商业评论》上介绍了系统动力学方法[10]。系统动力学创始之初,被称为“工业动力学”,主要应用于解决仓储管理、原材料供应等问题。Forrester教授于1961年出版《工业动力学》,是这一时期系统动力学的经典教材。

20世纪60年代,系统动力学应用范围逐渐扩大,在研究自然资源、生态环境、经济关系、社会关系、城市发展等方面都有应用,其中Forrester教授于1969年出版的《城市动力学》,从宏观层面研究城市的兴衰,在这一时期有较大影响,Mass、Schroeder、Alfeld等对城市动力学模型不断进行完善[11]

20世纪70年代,Forrester教授发表了“世界动力学”,建立了世界动力学模型World Ⅱ,以世界为对象作动态研究,其宗旨为关心未来世界发展;之后,Meadows教授团队从人口、工业、污染、粮食和资源消耗等因素入手,发布了全球分析模型World Ⅲ,并发布报告“增长的极限”,指出控制人口增长等因素与经济增长的关系,目的是研究世界发展的极限[12]

系统动力学于20世纪80年代趋于成熟,成为系统科学与管理科学的交叉学科。Forester领导MIT小组,在美国政府和企业的资助下开展了国家模型研究,建立了美国国家模型(National Model),模型包含了4000多个方程。模型揭示了美国和西方国家的经济长波的内在机制,仿真了美国70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长等问题。

20世纪90年代之后,系统动力学开始在世界范围内的广泛应用和传播,并在许多领域有了新的发展。系统动力学在控制理论、系统科学、结构稳定性分析、参数估计、灵敏度分析、博弈论、最优化等方面均有交叉和联系。系统动力学的研究范围进一步拓宽。如Jack Kie Cheng等通过系统动力学研究了集装箱运行工作,拓展了项目管理的研究内容[13]、Hassan等建立了能源政策模型,探讨了仿真结构的有效性[14]、Erma建立了航空旅客需求量和客运大楼容量扩展的关系的系统动力学模型,对系统动力学的模型框架提出了思考[15]、Krystyna建立了环境保护的系统动力学模型,拓宽了系统动力学在环境管理方面的研究。[16]、InesWinz建立了水资源管理的系统动力学模型,拓展了系统动力学在生态问题方向的研究[17]、Jose Cruz建立了新生生物能源供应链管理的系统动力学模型,拓展了系统动力学在生物能源上的应用[18]、Hirsch建立了规划心血管疾病干预措施的系统动力学模型,拓展了系统动力学在医学领域的应用[19]、Eric建立了系统动力学的会计模型,使系统动力学应用于会计财务方面[20]、Francisco综合应用了模糊估计和系统动力学方法,提出了改进供应链的方法[21]、Patricia通过系统动力学预测了西班牙对医学专家的需求[22]、Schwarz建立了城市景观中人与自然相互作用的模拟模型,推进了系统动力学在城市规划研究中的应用[23]。如今,相应的研究范围仍在不断扩大。

系统动力学20世纪70年代末引入我国;1986年我国成立系统动力学学会筹委会,1990年成立国际系统动力学学会中国分会;1993年成立中国系统工程学会系统动力学专业委员会。系统动力学在我国发展30多年的时间里,王其藩、许庆瑞、贾仁安等专家学者经过不断努力和探索,取得了飞跃式的发展[24]

系统动力学在我国高校科研教学中应用越来越广泛。清华大学、复旦大学、中国人民大学、上海交通大学、南昌大学等高校均开设了系统动力学课程,有的高校还将其作为研究方法,例如南昌大学有系统动力学方向的博士和硕士点,复旦大学、上海理工大学也曾有过系统动力学方向的博士和硕士点[25]

国内通过系统动力学对种群生态的研究还处于起步阶段。秦钟等在2008年介绍了种群生态在系统动力学中的应用,仅通过Stella软件介绍了Logistic模型和两种群的Lotka-Volterra模型[26]。马兆芝等[27]介绍了具有合作关系的两种群Lotka-Volterra模型。林文浩,陈超英建立了一捕食者两食饵种群的系统动力学模型[28]

参考文献:

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[4] Jackson M C, 高 飞, 李 萌. 系统思考 : 适于管理者的创造性整体论[M].  中国人民大学出版社,2005.

[5] 钱学森. 创建系统学[M].  山西科学技术出版社,2001.

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