1.5 复杂工程系统与工程体系

1.5.1 系统、复杂系统和体系

系统无处不在，系统之所以成为系统，不仅是由其组成决定的，更重要的是组成之间的关联关系，这种关联关系涌现出来的整体属性，我们称之为系统，而复杂性是系统的本质属性。我们知道，在对系统进行还原分析时，系统组成之间的内部规律是极其复杂的，即便是一个简单的原子，我们将组成它的质子、中子和电子按任意的方式排布，就已经不是原来那个原子了。随着人们对系统的复杂性认识的加深，以及系统组成的要素越来越多，尤其是信息技术的发展，把更多主体通过信息和网络构建成一个整体，而不仅仅是机械连接，复杂系统的概念开始越来越多地出现了。

概括地讲，对于系统来说，组成系统的子系统之间是强耦合的，无论系统缺少哪一部分都会影响系统功能，而且系统的管理方只有一个中心；对于复杂系统来说，组成复杂系统的系统之间是弱耦合的，复杂系统的管理可能随着时间的变化出现多中心；对于体系来说，系统或复杂系统是体系的重要组成，每一个成员系统都是一个独立的主体，体系的成员系统之间是松耦合的，都有自己的管理方，都是中心也就都不是中心，所以体系呈现弱中心化或去中心化的趋势，运行独立性与管理独立性是体系的显著特点。

可以从几个方面进一步对系统、复杂系统和体系进行差异性分析。

1.需求边界

需求边界的不同是系统、复杂系统和体系的一个重要区别。系统有确定的边界；复杂系统的边界开始出现弹性；体系没有严格的边界，多一个成员系统或少一个成员系统，体系变化不大。

2.行为的涌现性

行为的涌现性也是系统、复杂系统和体系的一个重要区别。系统的行为基本都在设计之内，或许对于部分的故障情况来说，存在未曾考虑过的系统运行路线，但总体上未知的涌现性有限；复杂系统由于系统之间的联系更广泛，关系更复杂，不可预见的故障或主体之间作用效果开始出现，复杂系统的行为流程也出现不能穷其尽的情况，涌现性开始增多；对于体系来说，因为体系的成员大多来源于不同的管理者，所以体系总体在设计时考虑更多的是系统对体系有贡献的部分，对于独立运行、自主管理的成员系统来说，参与体系能力形成之外的功能很可能给体系带来不确定的行为涌现，随着体系规模的扩大和体系内主体的变换，这种不确定性也逐渐增加。

3.人的因素

人的因素在系统、复杂系统和体系中的作用也有不同。对于系统的运行，人一般在系统回路之外，是系统的操作者或控制者；在复杂系统中，人可以成为复杂系统运行回路之内的一员，人不仅是复杂系统的控制者，也可以是复杂系统的参与者、指挥者或决策者；在体系中，没有一个最高决策者在组成体系的若干复杂系统或系统之上实施精准控制，体系的成员之间主要是基于规则进行交互的。

4.环境因素

无论是系统、复杂系统还是体系都依赖环境而运行，但是它们对环境的依赖度是逐渐递增的，而且对环境的影响度也是逐渐递增的。

5.熵增的效果

系统有序是最好的，相对刚性，其熵增的趋势是线性的；复杂系统的弹性使其有序性降低，熵增趋势出现非线性；体系基本不是刚性的，所以其有序性始终是在动态中维持的，其熵增的趋势多为非线性。

6.进化式发展

进化式发展是系统、复杂系统及体系三者之间的另一个重要区别。系统难以实现自主进化，需要通过系统的升级换代出现新系统；复杂系统呈现进化发展的特点，但是不能自主进化；体系的这一特点尤为突出，随着新的主体加入体系中，改变了体系的状态和运行过程，推动着体系能力进化，而且体系有时可以实现涌现后重新认知，从而实现自主进化。