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工程技术进步导致系统论的建立

已有 541 次阅读 2018-7-15 10:38 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

 

       在我们所生活的现实时代,系统论是由于工程技术进步而产生的。

       20世纪初期,自动化控制方面的技术是由简单组件来实现的。到了2战期间及以后,由多个组件来实现一个连环意义上的自动化控制也成为常见技术。

       早期较为复杂的自动化控制是由电路来实现的,而电子管的开关作用成为技术的核心。这种开关技术抽象的理论基础就是:布尔代数(2进制代数)。

       在可以用代数方程来表达实际的开关电路组合系统后,抽象的研究自动控制系统就在工程上实现了。这样,自动化控制技术就获得来了飞速发展的机遇。大致的可以分为如下时代(有交叠)。

       一.工业部门的对策。从工业角度看,基于数学代数方程来设计复杂的自动化控制系统的理论道路是打开了,但是物质实现(硬件实现)的关键障碍是:开关元件(开关电路)的几何体积太大。

       在认识到这个核心问题后,先是发明了晶体管元件,随后开始在一个小片上集成多个晶体管元件,再往后就是集成电路,超大规模集成电路等等,直到目前,这个集成化依旧在发展中。(标志性的产品就是CPU)。

       二.学术研究部门的对策。从理论角度看,布尔代数的二进制系统在代数方程上没有理论问题,但是在函数系统上是有问题的,而在求导和积分上,也需要有相应的理论体系。

       系统论的创立者抓住了关键问题,一个是(正、负)反馈电路作为基本的函数形成机制。这个函数概念是由激励信号和硬件定义的,从而是完全的区别于我们关于经典函数的概念。当用y=f(x,t)来表达这类抽象函数时,既不能把x解释为自变量,也不能把y解释为因变量。当然的,f也就不能解释为函数。

       突破这个理论核心的关键是引入系统响应概念:Y(t)=H(t)卷积X(t)。积分变量为时间。这是对于电路元件的抽象概括。

       这个数学基础公式是系统论的核心。

       理论家可以举出很多的抽象理由来否定这个函数关系,例如:1)未必满足因果律,违反物理可实现性;2)对于给定的Y(t)H(t),不能唯一地确定X(t),数学上缺乏唯一性;3)理论上积分上(下)限是无限的,而实际的积分是有限的。因此,即便是在无限意义下能够给出理论上的合理性,它在有限时间积分时也是不能严格成立的。

       三.系统论的建立。在数学界的不屑和嘲笑声中,系统论的创立者们直接的基于在无线电路中已经普及的谐波函数展开概念上,用傅里叶变换的数学理论把Y(t)=H(t)卷积X(t)变换到频率域的简单代数函数关系。用拉普拉斯函数变换理论把Y(t)=H(t)卷积X(t)成功的把微分、积分运算包含进来。这样,在无视理论家批评的基础上,用数学界勉强可以接受的方式奠定了系统论的基础科学理论形态。

       四.工业部门的快速跟进。由于晶体管的反馈电路参数是可以修改的(硬件实现),系统论抽象数学理论的建立为信号处理(复杂模拟电路,滤波系统的硬件实现,微分运算、积分运算的硬件实现)的硬件实现打开了大门。自动化控制系统的普及应用、低成本化、微体积化、智能化、等等,一个新的巨大工业门类的大门打开了。

       五.数学家,以及其他学科的理论学家被迫的跟进。到了1960年后,出于对于大趋势的敏锐认识,数学家,以及其他学科的理论学家开始跟进。他们有一个精神安慰:虽然系统论在数学上是不严格的,但是,在一定的精度意义上是可以接受的。

       此时,为了满足未来数字化技术发展的需求,连续函数和离散函数间的抽象关系被推向核心。快速傅里叶变换(FFT),以及其他各类信号处理的数学理论纷纷出台。

       到了这个时期,系统论才被认可,成为“现代基础科学”的一个组成部分。

       六.数字化革命轰轰烈烈的渗入各学科。这就不描述了。

       1980初期,我国学界对于系统论在思想上是抵触的,由于老一代学者的抵制,我作为新一代学者也就理所当然的勇当重任。但是,由于缺乏广泛和深刻的、对于基础科学理论基础的把握和理解,也愚蠢的拒绝了一系列的进入这个工业革命洪流的邀请(国外),也就失去了在这个领域一展才华的多个机遇(国内)。

       回顾我们在这个科学革命时代的所作所为,一句话:由于理论功底差,没有胆量进入革命的洪流。当然,还有其他的许多因素。也由于这个原因,我转向了基础科学理论(理性力学)的研究,面向下一次科学革命。

       现在,眼看着新一轮的科学理论革命(必将同时的发生工业革命)正在原初期(类似于布尔代数期),而我等也将退休,只能是再次的以旁观者的身份看着了。

 



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