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复杂系统生态论方法及其应用.doc

复杂系统生态论方法及其应用

张国庆

（安徽省潜山县林业局安徽潜山 246300）

摘要：“师法自然”实质就是“出世求天道，入世度众生”，实行“天道良法，善治万物”的“自然”之治，达到“民心物体”的和谐境界。生态论就是基于这一理念，通过对复杂系统进行能流分析、系统群分析、TSE分析、代谢分析、生命周期分析，掌握系统发展发育规律及其关键因子，对系统实施精确管理、GCSP、PDCS等管理，促进并维护系统健康，最终实现系统的和谐。复杂系统生态论方法可以广泛应用于系统溯源、复杂系统制造，以及林业上的营林管理和生物灾害管理。

关键词：系统；生态论；能流分析；TSE；代谢分析；健康；和谐

Abstract: "imitate the nature" is the essence of "out the world for natural law, into the world for all living creatures", put into practice " natural law and conscience law,good govern to all things on earth""natural" governance.Ecologism is based on the idea,Through the analysis of energy flow, system group, TSE, metabolism, life cycle in complex system,Master the development law and the key factor of system development, The implementation of GCSP, PDCS and other management system,Promote and maintain the system health,The system realizes the harmonious.The complex system of ecologism method can be widely applied to the system trace,complex manufacturing system,afforestation management,biological disaster management.

Keywords: system; ecologism; energy analysis; TSE analysis; metabolism analysis; health; harmonious

“师法自然”的“无为”境界，是“出世求天道，入世度众生”，实施“自然”而治。即“有为师天道，建良法；无为循善治，爱万物”，或者“天道良法，善治万物”。“师法自然”的艺术化表达是“民心物体”，也是“师法自然”的人格化表达。

1.复杂系统三论

复杂系统三论即复杂系统的生态论（ecologism）、健康论（healthism）与和谐论（harmoniousism）。张国庆于2012年提出复杂系统三论，与此同时还提出了生态论的能流分析（energy analysis）、系统群分析（system group analysis）、TSE分析（TSDA，Time-Space Dynamic Analysis About Event）、代谢分析（metabolism analysis）、生命周期分析（life cycle analysis）方法，系统发展发育规律及其关键因子（key factor）分析方法，以及系统的精确管理（precision management）、GCSP（Graded management，Classification management，Subarea management，Phased management）、PDCS（Plan，Do，Check，Study）、健康管理与系统和谐等理论。[1～7]

（1）生态论

生态论，就是运用生态思想，去探索世界，研究并指导人类社会的发展的一种基本理论与方法，生态论的渊源是“师法自然”。生态论理论与方法既来源于生物学、数学、物理学、化学等学科，融合提炼后又应用于包括上述学科在内各学科，如此循环，使得我们的方法论不断进步。

生态论基本方法包括系统的能流分析、系统群分析、TSE分析、代谢分析、生命周期分析、系统关键因子分析，以及系统的精确管理、GCSP、PDCS、健康管理与系统和谐论等理论。

（2）健康论

系统健康（system health），是指系统具有和谐稳定的结构，可以持续发挥完善的功能，并且安全可靠。系统健康管理（system health management，SHM），就是指人类按照系统的健康状况，在遵从系统运行规律的基础上，对系统进行科学合理的开发利用与保护，使系统的结构、功能得以高效、和谐、持续运行。

（3）和谐论

和谐（harmonious），是指系统的组织结构处在最佳状态，能充分并能持续发挥系统的功能。和谐，对广义系统来说，是系统的最佳状态，是系统的理想目标，是系统朝理想目标进化的过程。也就是说，和谐的系统，系统的组织结构是优化了的，处在最佳状态，能最大程度地发挥系统的功能，并能持续保持这种状态，或者能进化到更高一级状态。

另外，在系统管理中，还有一个重要的理论，即学习论（studism）。学习论属于系统管理的内容，也即系统PDCS管理。

（4）.生态论、健康论与和谐论之间的关系

生态论是一种方法论。健康论则是研究评价系统健康状况与实施系统健康管理的理论与方法技术。和谐论是研究系统最佳状态及其过程，以及如何实现系统和谐的理论与方法。

如果说生态论是研究系统的一种方法，那么，健康论与和谐论就是系统评价与管理的一种方法与工具。

复杂系统三论，即生态论、健康论与和谐论之间的关系，可以简单地描述为：

这种描述只是形象地表达，不是其内涵的全部。

2.描述系统的参量

对任何系统进行分析研究，都需要选择合适的参量（parameter）来描述系统。我们可以直接借鉴物理学、数学中非常成熟的熵分析、场分析、网络分析中的描述与分析方法，选用熵、焓、流等作为描述系统的参量。

2.1系统的熵（entropy）

系统的熵，是度量复杂系统混乱程度的参量。设x、y分别为复杂系统的自变量和因变量，y=f(x)，若x、y为连续变量，则复发系统的熵S表示为：

若x、y为离散变量，则复发系统的熵S表示为：

设P_y为系统出现状态y的概率，k为系统常数（因系统不同而不同，因参量不同而不同），系统的熵还可以表示为：

为了区分二者之间差别，我们把前者叫做参量熵（parameter entropy），后者叫做概率熵（probability entropy）。

2.2系统的焓（energy）

（1）系统的能

系统的能（energy），是系统保持运转的动力，也是系统发生发展的潜力。就一个具体的系统而言，能可以是物质的，也可以是非物质的，例如信息、能量等。

（2）环境的能

复杂系统是一个开放的系统，时刻都与其所在环境进行着“能”的交换。环境能（environment energy，en-energy，）是指环境输入系统的能。

（3）系统的内焓

系统本身具有维持系统运转的能，也即系统本身具有的焓叫做系统内焓（系统内能，internal energy），是系统运转与发展的潜力。

（4）系统的功

系统的功（work），是系统对环境的输出。

（5）系统的焓

参与系统运转的能的总和，称为系统的焓（enthalpy）。焓可以表示为：

式中H、E_E、E_I和W分别表示系统的焓、环境能、内焓、功。

3.系统能流分析

（1）能流

系统的能，在系统的关系网中不断汇集、流动、转换，并与系统的环境进行交换，在这一动态过程中的能，便是能流（energy flow）。

（2）能流分析方法

系统的能流，具有流体的性质，因此，可以借鉴流体力学中的欧拉-朗格朗日法（Eulerian-Lagrangian method），对能流进行分析。

4.系统群分析

4.1系统群

系统群（system group），是指在一定的物理空间内，同一类系统的集合。

4.2系统群的增长

系统群的增长，与时间、空间有一定的函数关系：

N=f(R,t)

N为系统群密度，R为系统所属空间，t为时间。

4.3系统群间的作用

系统群间的相互作用类型分为正相互作用（positive interaction）、负相互作用（negative interaction）和中性作用。正相互作用是指系统群间的作用促进系统双方增长与进化，包括共生和协作；负相互作用是指系统群间的作用对系统双方的发展有遏制作用，包括竞争、兼并合寄生；中性作用是指系统群之间的作用对系统群双方的发展没有明显的影响。

4.4系统位

系统位（systemic niche，sys-niche），又叫系统生态位，是指一个系统在所在的时间或空间域中所占据的位置及其与相关系统之间的功能关系与作用。

5.系统TSE分析

TSE分析，又叫TSDA分析、系统事件的时空动态分析（Time-Space Dynamic Analysis About Event），TSE分析以事件为线索，对系统的时空结构以及系统状态进行动态分析。[5]

5.1事件与事件流

事件（event），是指系统的某一因子或者若干因子发生了改变的那一时刻，系统的时空域状态及能流动态的总和。系统事件的发生，与时间密切相关，是时间的函数：

E=f（R，G，t）

式中E为复杂系统的事件，R为复杂系统的时空结构，G为复杂系统的能流，t为时间。

以某一观测因子为主线，将系统发生的一系列事件构成一个有序的集合，就成了系统的事件流（event flow）。

FE={E_i|i=1,2,…,n}

FE为事件流，i为观测因子，E_i为事件。

5.2事件的描述

将研究区域划分为若干个单元，用1,2,…，i，…表示；第i单元共有若干事件（已发生事件或潜在事件），用1,2,…，j，…表示；第j事件有若干种发生动因（激发因子），用1,2,…，k，…表示；第i单元共有若干种事件作用对象，用1,2,…，l，…表示。那么，有关事件因子可以描述为：

（1）动因强度

激发事件发生的因子的作用强度，用M表示。

（2）单元稳定性阈值

表示单元稳定性的标志值用S表示。动因作用于单元，导致单元标志值S发生变化，当S变化超过范围（S_min，S_max）时，事件就发生。（S_min，S_max）就叫做某事件的单元稳定性阈值，用T_S表示，S_min与S_max是临界点。

（3）事件发生区间

只有当单元标志值突破单元稳定性阈值T_S，事件才发生。导致事件发生的单元标志值区间，叫做事件发生区间，用T_O表示。显然，T_O=Not（T_S）－{ S_min，S_max }，即扣除临界点S_min，S_max，T_O与T_S互为补集。

（4）环境因子

支持事件发生的环境因子，用E₁，E₂，…，E_r，…表示。

（5）时间因子

事件的发生，需要动因在一定强度下作用一段时间才发生，并且事件的发生也需要一个过程。因此，事件的发生与时间密切相关。在事件中，时间因子用T表示。

（6）事件结果

事件发生后，导致单元标志值发生突变，或者作用对象状态发生突变。事件发生的结果，就用其变化值表示。用R*表示事件结果，则

是单元标志值的变化量，是作用对象状态变化数值化表示。R表示事件结束时研究对象的状态，R=R₀+R*，R₀为初始状态或前一状态。

第i单元第j事件的结果R_ij为：

如果以作用对象为研究对象，则第i单元第j事件第l作用对象的结果R_ijl：

第i单元第j事件的结果R_ij为：

（7）事件间关联

事件间的关联，可以用赋权有向网络Rel（Eve，Con，W）表示，Eve为事件集合，Con为事件间关联弧集合，W为关联强度集合。

在同一单元内，事件间的关联表示为：

Rel（i）（Eve（i），Con（i），W（i）），即单元i内事件间的关联。

在不同单元间，如果研究的只是单元间的关联，则单元间关联表示为：

Rel（U）（Eve（U），Con（U），W（U）），即研究区域U内各单元间的关联。

事件间的作用，其实质是不同事件对同一或不同对象的作用强度。

5.3事件间的关联与事件动态描述

事件间的关联，仅仅用赋权有向网络来表示显然是不够的，赋权有向网络仅仅只能表示事件间的静态状况，而事件的发展，是动态的。

为了表示研究区域内事件的动态状况，我们需要对Rel（Eve，Con，W）进行更深入的定义：

整体研究对象的事件用Rel（Eve，Con，W）表示。

（1）Eve={P，R}

P为研究对象的全体基本单元集合，根据研究层次不同，可以是单元、事件，也可以是事件作用对象；R是P的状态值集合。

当研究基本对象是单元时，P={i}；

当研究基本对象是事件作用对象是时，P={i-l}；

当研究基本对象是事件时，P={i-j}。

（2）Con={Arc}

Arc是单元间、事件间、作用对象间关系弧集合。当二者之间有正向作用时，弧值为1；没有作用时，弧值为0；为反作用时，弧值为－1；有双向作用时，弧值为2。

（3）W={Weigh}

Weigh为关联强度集合。当Weigh中某元素值大于0时，该元素值所表示的弧所连接的两个对象间作用为正向作用；小于0时，为反作用；等于0时，无作用；若有双向作用，则用（a，b）表示，a为正向作用强度，b为反向作用强度。

作用方向的确定，依据具体研究对象和作用时间顺序确定。

（4）时间因子

事件的发生与发展，在空间上，通过划分单元来描述，通过对单元的合理编号，调查测定单元状态，来描述事件的静态状况。

实际上，事件是动态的，其发生发展除了与空间因子密切相关外，还与时间因子密切相关。对于事件的事件因子描述，可以使用两种描述方式：时间增量描述方式和特定事件发生事件描述方式。

①时间增量描述方式

使用符合研究精度要求的时间增量⊿t，来描述事件的动态发展状况：

Rel[i，T]（Eve，Con，W，E）=

E为环境因子集合，E={ E₁，E₂，…，E_r，…}，E₁，E₂，…，E_r，…为不同环境因子数据集合。

②特定事件发生事件描述方式

设特定事件发生事件序列为t₁，t₂，……，则：

Rel[i，t₁]（Eve，Con，W，E）=

Rel[i，t₂]（Eve，Con，W，E）=

…………

5.4事件的时空动态分析

以事件为线索，以时间为动态变量，再以时间为切片（dt），或以空间为切片(ds)，对复杂系统进行精细分析研究或仿真。

这样，可以通过事件段（片）序列、时间段（或时刻点序列）、结构点序列来观察系统的状态和能流变化动态，以及系统空间（包括组织结构）变化动态。

事件的时空动态分析，主要有事件流分析、研究对象状态模拟和事件发生过程分析。触发分析计算发生可以依据时间因子表示方法，采取事先确定时间增量来触发分析计算，或设定特定事件发生来触发分析计算。

（1）事件流分析

事件流分析主要是进行关联强度分析。事件流分析，可以对Rel（Eve，Con，W）描述方式进行简化，简化成标准的网络流表达方式。简化后，可以采取网络流分析技术，计算最大流、最小流、增益流以及能流的速度、加速度和流量等。

（2）研究对象状态模拟

通过对事件的仿真模拟，可以计算出各单元、单元内各事件对象的状态，以及各单元间或系统间关系及能流动态，再综合起来则可以近似地描述系统的整体状态，从而再现系统的历史事件，分析当前事件，预测未来事件。

（3）事件发生过程分析

按照时间序列，仿真模拟各事件序列，可以对事件过程、单元或事件对象状态进行详细分析，找出特定、特殊事件或状态，研究特定、特殊事件或状态发生动因。通过事件发生过程分析，还可以事件上述事件流分析和研究对象状态模拟。

6.系统代谢分析

系统的代谢分析（metabolic analysis），就是对系统运转过程中能（energy）的流通、转换情况进行分析。也就是说，系统代谢分析的对象就是系统的能。系统的能，包括物质的，也包括扩非物质的（如信息、能量等），能是系统保持运转的动力，也是系统发生发展的潜力。

能，在系统运转过程中，不仅仅在系统内部流通、变换，而且还与系统之外的环境或其他系统发生能的交换与变换。对系统能的代谢分析研究，掌握系统能的流通与变换情况，以及能的代谢路径与方式，是系统分析的重要内容之一。

系统代谢分析，常用分析方法主要有房室模型代谢分析、非线性代谢分析、非线性房室模型代谢分析、代谢网络分析、代谢TSE分析等方法。

7.系统生命周期分析

系统的生命周期分析（LCAN，life cycle analysis），是对系统的发展过程进行分析，从而掌握系统发展的详细情况，更好地存进系统更新或进化。系统生命周期分析方法主要有生命表法和生命周期评价两种方法。

（1）生命表法

生命表（life table）法是按照系统的年龄阶段，观察并记录系统一个周期或几个周期的各年龄阶段的系统初始生命标志值和生命衰减率，并据此分析系统增益力和生命周期期望值。

（2）生命周期评价

生命周期评价（LCA，life cycle assessment）是一种用于评价产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的方法，进而提出将生命周期评价作为环境管理的有力工具，从而促进整个社会系统的可持续发展。

（3）生命周期管理

系统生命周期管理（LCM，life cycle management），就是按照系统发育发展周期规律，不断改善影响系统发育发展的内外因子，促进系统健康证发展。

根据系统的发育发展模式，可以采取不同的管理方式，对系统的生命周期实施有效管理。系统生命周期管理方式主要有促进进化、促进更新、促进衰亡三种。系统生命周期管理措施主要有优化系统组织结构、加强学习、加强关键因子管理、加强健康管理等。

8.系统关键因子分析与管理

关键因子分析（key factor analysis），就是通过事因分析，寻找关键事因、关键事件或关键时刻，探究关键因子调控方法。

8.1 生命表分析法

生命表法分析系统的关键因子，就是在生命表中分别衰减原因计算各衰减原因产生的衰减力k，然后对其求和，求出世代总衰减力K：

式中N_i为年龄i起始发育标志值，N_ij为第i年龄的衰减因素j造成衰减后的剩余值。

然后很据计算结果，求出影响系统发育的关键因子，常用的分析方法有图解法和解析法。

（1）图解法

以世代或年代为横坐标，以衰减力为纵坐标，绘制k和K值曲线，那一条k曲线与K曲线最相似，该k曲线对应的衰减因子即为关键因子。

（2）解析法

以K值为x，以k值为y，进行回归，k值回归系数r值最大的所对应衰减因子即为关键因子。

8.2 TSE分析法

（1）事因

事因（cause），是指导致事件发生的因素。事件发生时的事因作用强度（事因强度）叫做事因阈值（cause threshold）。

（2）事因链

一般情况下，事件的发生，是多种因素综合作用的结果。这些因素往往会形成一种因素链，以串联或并联方式作用于系统，导致事件发生。这种导致事件发生的因素链，叫做事因链（cause chain）。复杂的事因链就构成了事因网（cause web）。

（3）关键因子

关键因子（key factor），是指在事件发生中起决定作用的事因。

（4）关键事件与关键时刻

关键事件（key event）是指在系统发展过程中起着重要作用的事件。关键事件发生的时刻叫做关键时刻（key moment）。

（5）事件规模

事件规模（event size），指的是事件发生后影响空域范围、时域范围和作用强度。

（6）事因链分析

事因链可以用图表示，节点表示事因或作用对象，边及权表示事因之间、事因与作用对象之间的作用方式与作用强度。

（7）事件的过程分析

从物理过程看，事件的发生过程，就是事因强度聚集的过程，当积聚的事因强度超过事件阈值时，事件就发生了。这一过程可以近似表示为：

D= v—

D为事因强度，N为自然事因，A为人为事因，S地理空间域，T为时间域，v为事因阈值。

D>0时，系统处于平衡状态，系统继续保持稳定，事件不会发生。

D=0时，系统处于平衡临界点，事件随时可能发生。

D<时，系统平衡被打破，稳定性遭到破坏，事件已经发生。

为了进一步理解事件与事因之间的关系，上式可以简化为：

D=f﹝g（N，A，T），h（S，T），v﹞

由此可以看出，事因作用于系统，当累积事因强度超过v时，就发生事件。这一过程除了与事因强度直接相关外，还与事因作用时间T长短、所处的空域S和系统的事因阈值v有关。

因此，事因、空间域、时间域、系统稳定性（事因阈值）因此合称为“事件发生四因子”，也即事件发生的完整的事因，广义上的事因或事件发生因子。

在事件发生四因子中，事因是主动性的事件发生因子，在事件发生过程中，占主动地位，是动态的，非线性的，是狭义的事因，一般意义上事因指的就是这种不包括时域、空域和事因阈值的事因。

时域、空域和事因阈值是被动性事件发生因子，对于某一个特定空域、时域和系统，相对于狭义事因来说，是静态的，线性的。

由此就可以将事件规模L可以表示为：

L=f（D）

显然，事件规模L的大小明显受D也即N、A、S、T和v的直接影响。

（8）事件的控制

事件的控制，是指根据系统或人类的需要，改变事件规模。

从宏观上来看，事件的控制，一方面在于事先控制，也即在事件发生之前对事件进行预先控制；另一方面在于事件发生时，调节事件规模。

从微观上看，实现事件控制，可以从L=f（D）入手，分析研究事件发生四因子，从事件发生四因子着手，采取相应的“事件控制四策略”，实现对事件的控制：

狭义事因控制。研究探索狭义事因作用机理，根据其作用机理，采取相应的控制措施。

时域控制。研究时域与事件发生之间的关系，根据其关系，采取相应的控制措施。

空域控制。研究空域与事件发生之间的关系，根据其关系，采取相应的控制措施。

系统稳定性控制。改变系统的稳定性，也即调节系统的修复力或者事因阈值，实现对事件的控制。

（9）事因管理

事因管理，就是对事件进行监测，把握系统关键因子，对其实行控制，以调节事因或事因链，实现对事件的控制。

如果把事因、事因作用对象用点表示，事因之间、事因与作用对象之间关联用边表示，事因链链则可以用图表示。设事因作用对象为O，事因为v_i，事因之间关联的边为e_i,j，事因与作用对象之间关联的边为e_oi,i,j=1,2,…,n,i≠j，则可以用图表示：

显然，，也即。

事因之间、事因与作用对象之间的关联强度可以用边的权数表示。这样，事因可以使用图论或网络分析等数学方法进行分析与控制。

设t时刻事因作用对象O的状态为D(t)，则事因链可以用事因矩阵表示：

若事因对作用对象作用是单向的，作用方向都指向作用对象，且无自激（Self-excitation）作用，则事因链图为有向图，边指向事因作用对象，且无自圈（自反）。其事因矩阵为三角矩阵，主对角线及主对角线以下元素均为零，即严格上三角矩阵。若存在自激事因，则不是严格上三角矩阵。

从某一事因到事件发生的连续事因序列称为事因流（cause flow），其中从起始事因到事件发生的事因流为该事件的完整事因流。起始事因是指激发事件发生的最原始的因素。

从图论上看，事因流就是从某一事因到作用对象的连通的道路。

事因管理，既可以对事因的“点”进行控制，也可以对“边”进行控制，调节事因链或点，实现事件的管理。

事因管理方式，可以根据不同事因，采取不同的调节方式进行调节。可以从调节事因作用时间、范围和强度着手，也可以从调节事因的“边”或“点”着手，或者采取综合的措施，对适应进行调控。

（10）关键事因的确定与管理

关键事因，是指那些激发事件发生的关键性因素。对于事因控制来说，关键因子可以通过以下方法得到：

①有较多关联边数的事因“点”；

②权数较大的“边”；

③控制成本较小事因“点”或“边”；

④若由于技术原因，或者控制成本原因等因素，使得通过方法①、方法②或者方法③获得的事因“点”或“边”不可控制，则使用方法①、方法②或者方法③对其上游或下游事因进行筛选；

⑤综合使用方法①、方法②、方法③、方法④确定关键事因。

上述关键因子确定方法，可以通过网络分析方法确定。

9.系统管理

系统管理（system management），就是指人类按照系统理论与系统运行规律，对系统进行科学合理的开发利用与保护，确保系统的结构、功能得以高效、和谐、持续运行。系统管理的实质是一个不断学习与进化过程，即促进PCDS循环，对系统施加人为干扰，使得系统持续保持健康状态并更多持续地为人类社会提供更多的服务。管理的目标是系统在保持健康的基础上和谐化，系统管理的重点是健康管理。

9.1系统管理基本原理

（1）精确管理

系统精确管理（precision management）理论，源于张国庆的“双精”管理（张国庆，2007）理论。系统的精确管理，就是对系统实行实时监测，及时发现影响系统健康的因素，找出影响系统健康的关键因子，采取先进的系统管理措施，及时、快速地恢复系统的健康；对处在健康、亚健康状态的系统，采取合理的管理措施，维护并保持系统处在比较稳定的健康状态。

（2）GCSP管理原理

GCSP管理是分级管理（graded management）、分类管理（classification management）、分区管理（subarea management）、分期管理（phased management）的英文缩写。系统的GCSP管理，主要是针对系统的不同时空和组织结构特点，采取不同的管理策略（张国庆，2007）。

分级管理。根据系统的组织结构等级或者功能等级，对系统进行分级，不同等级的系统，采取不同的管理措施。

分类管理。按照系统种类或功能输出，对系统进行分类，根据不同的种类，采取不同的管理措施。

分区管理。根据系统所处的不用区域，采取不同的管理措施。这种区域可以是自然区域，也可以是人为划分的区域，对于人类社会系统，也可以是行政区域。

分期管理。系统的发育发展，常常遵循一个特定的生命周期。根据系统不同的发育发展周期，采取不同的管理措施。

（3）PDCS管理原理

根据系统发育发展过程中的的PDCS循环的不同阶段，采取不同的管理措施。对复杂系统而言，理想状态是，在系统即将达到成熟期，或者达到成熟期尚未进入衰退期，就对系统进行调整，使其适应新的变化，摆脱衰退与消亡，直接进入新的增长期，即进化。当然，这对系统管理者来说，需要有很敏锐的观察力，以及准确的判断能力和决策能力。系统理想的生命周期可以用动态的PDCS表示。

P（Plan）计划，包括系统方针和目标的确定，以及系统的活动计划的制定；D（Do）执行，就是具体计划的实施运作；C（Check）检查，就是评估计划执行的结果；S（Study）学习，对评估结果进行处理，成功的经验加以肯定发扬，对于失败的教训要避免重现，并将学习结果遗传到下一轮计划中。

这样便形成了一个循环，这个循环叫做PDCS循环。对于本循环中难以解决的问题，应提给下一个PDCS循环中去解决。这样，通过周而复始的PDCS循环，推进系统不断进化。上述过程可以用下面两式表达为：

E_i为第i个PDCS循环计划期望值（目标），E_i+1为第i+1个PDCS循环计划期望值（目标），R_i为第i个PDCS循环结果，c为期望值增量。这个过程表示目标随着PDCS循环不断变化着的。

若x_i、y_i分别为系统内部变量与外部环境变量；F_i、g_i、h_i为作用方式，L_i为互动因子，随着系统的发展，可能发生着变化。这个过程表示系统发展是一个互动的、完全的动态过程。所谓完全动态过程，就是指在某一过程中f(x)，自变量x与作用方式f都是在变化着的。

9.2系统健康管理

系统健康（system health），是指系统具有和谐稳定的结构，可以持续发挥完善的功能，并且安全可靠。

具有和谐稳定的结构，是系统健康的基础；发挥完善的功能是对健康系统的基本要求，也是系统设计的基本目标；只有安全可靠的系统才是健康的系统，安全性差，可靠性低，这样的系统会对其它系统造成伤害，也会危及系统本身安全。

显然，系统的健康不只是功能完好，而是包括“结构、功能、安全”三个基本方面，对不同的系统，可能还有其它更具体的要求。

（1）系统承载力

系统承载力（system capacity），是指某一系统在一定条件下，该系统所能持续提供的最大输入或输出能力。

（2）系统健康评价

系统承载力是反映系统健康状况的重要指标，当外界压力超出系统承载力时，系统就处在不健康状态，甚至会导致系统崩溃或消亡。因此，对系统健康状况的评价，可以从系统承载力分析着手。

（3）系统健康管理

系统健康管理（system health management，SHM），就是指人类按照系统的健康状况，在遵从系统运行规律的基础上，对系统进行科学合理的开发利用与保护，使系统的结构、功能得以高效、和谐、持续运行。

（4）人造系统健康

人造系统（man-made system，artificial systems）也称人工系统，是人们为了达到某种目的而构成的系统。为了保障人造系统健康地运行，人造系统的的设计、制造与管理，应该遵从适当冗余原理、清洁原理、节约原理、生态位原理、竞争共生原理、反馈原理、补偿原理、循环再生原理、多样性与主导性原理、生态发育原理等人造系统健康十项原理。

9.3系统和谐化

和谐（harmonious），是指系统的组织结构处在最佳状态，能充分并能持续发挥系统的功能。和谐是系统的最佳状态，是系统的理想目标，是系统朝理想目标进化的过程。

从生态论中的生命周期理论可以知道，任何一个系统，都有一个生命周期。不同状态的系统，或者不同性质的系统，其生命周期的表达是不一样的，对于那些不能进化的系统而言，它只能采取再生、增殖的策略来延续自己，甚至于有些系统只能直接消亡分解。而理想的系统，在系统即将达到成熟期，或者达到成熟期尚未进入衰退期，就对系统进行调整，使其适应新的变化，摆脱衰退与消亡，直接进入新的增长期。

因此，高级的、理想的系统，是能进化的，这也就是说，也只有系统处在健康状态下，才能进行进化。仅仅只在健康状态下的系统，进化不是高效的，而且还有风险。要实现系统高效、低风险进化，只有使得系统内部的组织结构达到最佳状态，即和谐状态，才能高效地充分利用系统内部以及外部环境中的信息、物质和能源，并能抵御进化风险，以较小的进化成本，来实现系统的进化。

10.应用

10.1系统溯源

溯源（trace to the source），就是追寻事物产生的根源。系统溯源（system trace），就是通过系统的能流分析与代谢分析，再采用TSE方法，对系统或事件的时域与空域的点、片、段，或者对事件或系统本身的点、片、段进行分析研究，详细了解事件发生的机理，对系统的历史进行追溯，重现历史事件，实现系统溯源。

系统溯源在系统管理中有着十分重要的作用，通过系统溯源，了解系统历史事件发生的事因、时空域范围、强度以及事因作用方式等，为系统建模仿真提供理论依据和基础数据，为系统预测与规划、提高系统健康水平、系统人工干扰等提供理论依据和实践依据。

（1）食品安全溯源

食品安全溯源体系，最早是1997年欧盟为应对“疯牛病”问题而逐步建立并完善起来的食品安全管理制度。食品溯源制度是食品安全管理的一个重要手段。由于现代食品种养殖、生产等环节繁复，食品生产加工程序多、配料多，食品流通进销渠道复杂，食品生产、加工、包装、储运、销售等环节都可能引起食品卫生安全问题，出现食品安全问题的概率大大增加。为了严格控制食品质量，发达国家的食品安全监管强调从农田到餐桌的整个过程的有效控制，并且在全程监管的基础上实行食品溯源制度。

（2）设备故障溯源

设备故障溯源，就是对设备进行TSE分析，确定故障源的过程。对于复杂设备，可以综合三个途径进行故障溯源：

①根据设备设计资料，进行TSDA分析仿真模拟，确定故障源；

②对设备运转情况进行实时监测，并建立设备运转状况数据库，根据监测数据进行TSDA分析，建立仿真模型，确定故障源；

③建立设备故障数据库，根据以往该设备或同类设备的故障数据，进行TSDA分析模拟，确定故障源。

通过长期的设备故障溯源数据积累，结合设备运转情况数据库、故障数据库，建立设备健康数据库，对设备实施健康管理，把故障排除在故障发生之前。

（3）系统健康溯源

系统健康溯源，就是对系统进行TSE分析，对系统健康状况进行评价，通过系统事件的点、片、段回溯，确定引发系统健康事件的事因。

系统健康溯源是系统溯源的主要内容之一，食品安全溯源与设备故障溯源只是其具体应用。此外，系统健康溯源还可以应用于生态健康监测与评析、社会经济状况监测与评析等。

10.2复杂系统设计与制造

复杂系统制造业是制造业的高端领域，提高复杂系统制造业的管理水平，对降低工业综合资源消耗水平、提高整个国民经济效益增长方式的转变作用巨大。

在复杂系统产品设计方面，针对复杂系统制造业产品结构复杂、产品品种复杂的特点，采用基于协同过程管理系统的体系结构，可以提高设计过程的工作效率、产品结构质量具有支撑作用。

在复杂系统产品生产制造过程管理方面，针对复杂装备制造产品加工行程长、成套产品进度一致性高等特点，采用基于具有行程计划、成套性控制、物料跟踪管理、计划制造一体化的企业生产计划与制造执行一体化系统，可以提高生产效率与效益。

在企业信息集成方面，针对复杂装备制造业产品制造离散性的特点，采用企业信息集成技术，实现产品设计数据、工程数据等数据的有效转换，提高复杂系统制造业的管理水平，降低工业综合资源消耗水平。[8]

参考文献

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[2]张国庆，生态论与经济生态化研究[J]，现代农业科技，2012，（10）：28～29

[3]张国庆，生态论：复杂系统研究[J/OL]，（2013年3月27日）[2013年3月30日]，http://blog.sciencenet.cn/data/attachment/home/201304/01/082301npp13fnh5bllmra3.attach，http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3344&do=blog&id=674444

[4]张国庆，系统学概论[J/OL]，（2013年3月27日）[2013年3月30日]，http://blog.sciencenet.cn/data/attachment/home/201303/30/181342mjoagoqx5j1u3xwa.zip，http://blog.sciencenet.cn/blog-3344-675354.html

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[8]谭成旭，复杂装备制造管理系统研究[D]，大连：大连理工大学，2006年

[9]张国庆，标准学[M/OL]，科学网，（2011年7月8日）[2013年3月30日]，http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=attachment&id=8390，http://blog.sciencenet.cn/blog-3344-469416.html

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[12]张国庆，灾害学概论[EB/OL]，科学网，（2012年3月16日）[2013年3月30日]，http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=attachment&id=18034，http://blog.sciencenet.cn/blog-3344-548423.html