羅建原+羅帆

摘 要：系統(tǒng)系是指由獨立運(yùn)行、彼此交互的諸多系統(tǒng)形成的整合網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)單個系統(tǒng)不具備的能力和無法完成的整體目標(biāo)，甚至全球性目標(biāo)。系統(tǒng)系是解決復(fù)雜問題的新方法。文章介紹了系統(tǒng)系定義、特征及類型，將系統(tǒng)系與系統(tǒng)、系統(tǒng)工程等概念進(jìn)行了比較，闡述了系統(tǒng)系的社會化趨勢。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)系；系統(tǒng)；社會技術(shù)系統(tǒng)；復(fù)雜性

中圖分類號：C93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號1673-0461（2014）04-0000-00

一、引 言

由于高、新技術(shù)的快速發(fā)展，系統(tǒng)之間的接觸和互動變得更加頻繁和密切。為響應(yīng)各種新的需求，許多獨立管理和運(yùn)行系統(tǒng)通過建立多樣性連接形成系統(tǒng)系。[1]系統(tǒng)系是結(jié)合多個系統(tǒng)或復(fù)雜系統(tǒng)的一個大系統(tǒng)，深刻影響著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的諸多方面。系統(tǒng)系屬于復(fù)雜性學(xué)科[2]。概念“系統(tǒng)系”在20世紀(jì)后期飽受爭議。在21世紀(jì)初，由于解決多系統(tǒng)集成和交互問題的需求與日益增加，它才被科學(xué)家廣泛地接受[3]，并代表著新興領(lǐng)域和發(fā)展方向，而之前是控制論、信息論、系統(tǒng)論和自組織理論，其中后者包括耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論、超循環(huán)理論、混沌理論，是自20世紀(jì)80年代以來日益活躍的理論。近年來，許多學(xué)者已經(jīng)認(rèn)可系統(tǒng)系與系統(tǒng)之間的差異。系統(tǒng)系正在成為解決復(fù)雜問題的新方法。但是不同的領(lǐng)域一直以非常寬松方式使用它。本文旨在通過文獻(xiàn)回顧，通過梳理分散在諸多領(lǐng)域的系統(tǒng)系研究成果，歸納出系統(tǒng)系理論的基本框架。

二、系統(tǒng)系內(nèi)涵

系統(tǒng)系的概念相對較近。最初由美國國防部引入。SOS用來形容大規(guī)模、地理上分布的、異構(gòu)的系統(tǒng)安排，包括多個獨立的產(chǎn)品線的應(yīng)用，跨度多個組織的邊界。SOS用于提供利益相關(guān)者所期盼的能力。目前，沒有普遍公認(rèn)的系統(tǒng)系定義[4]，比較有代表性的定義有：

從聯(lián)合作戰(zhàn)角度，Manthorpe（1996）認(rèn)為，系統(tǒng)系側(cè)重指揮、控制、計算機(jī)、通信、信息和情報（C4I）、智能、監(jiān)視和偵察（ISR）系統(tǒng)的互操作性和協(xié)同作用。[5]

Maier（1998）認(rèn)為，系統(tǒng)系是任務(wù)導(dǎo)向型或?qū)Ｓ孟到y(tǒng)的集合，通過集中各個組件系統(tǒng)的資源和能力得到一個新的、更復(fù)雜的、“元系統(tǒng)”，從而獲得更多的功能和性能，遠(yuǎn)大于各個組成系統(tǒng)的功能和性能的簡單總和。[6]

從結(jié)構(gòu)分析，Carlock and Fenton（2001）認(rèn)為，系統(tǒng)系是大規(guī)模協(xié)作和分布式系統(tǒng)，這些系統(tǒng)本身是復(fù)雜系統(tǒng)。[7]從功能角度，他們認(rèn)為，企業(yè)系統(tǒng)系工程專注于耦合傳統(tǒng)系統(tǒng)工程活動，如戰(zhàn)略規(guī)劃和投資分析。

從分析情景角度，Pei（2000）認(rèn)為，系統(tǒng)系集成是旨在追求發(fā)展，整合，互操作性和系統(tǒng)優(yōu)化的一種方法，以提高未來戰(zhàn)場場景下的能力。[8]

根據(jù)Kaplan（2006）的觀點，系統(tǒng)系工程是為“跨系統(tǒng)和跨社區(qū)的過程，確保開發(fā)和提升以任務(wù)為導(dǎo)向的能力，以滿足多方利益相關(guān)者不斷變化的需求。這種進(jìn)化需求超出了單個系統(tǒng)的生命周期壽命?！睆淖酉到y(tǒng)發(fā)展到系統(tǒng)，最后成為系統(tǒng)系的過程，見圖。 這展示了相當(dāng)強(qiáng)的一體化能力。

Jamshidi（2008）[9]認(rèn)為，系統(tǒng)系是諸多異構(gòu)、獨立操作系統(tǒng)的大型整合系統(tǒng)，為了實現(xiàn)共同目標(biāo)實施聯(lián)網(wǎng)。目標(biāo)可能是追求成本、性能和魯棒性等。他還認(rèn)為，系統(tǒng)系是一個“超級系統(tǒng)”，組件系統(tǒng)本身是獨立復(fù)雜的業(yè)務(wù)系統(tǒng)并彼此互動，以實現(xiàn)一個共同的目標(biāo)。每個SOS組件系統(tǒng)有自己現(xiàn)實目標(biāo)，即使它從SOS分離出去。

Jamshidi（2009）認(rèn)為，系統(tǒng)系是有限獨立可操作組件系統(tǒng)的整合，并通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，協(xié)作一段時間，以達(dá)到某些更高目標(biāo)。[10]

綜上所述，本文認(rèn)為，系統(tǒng)系是指若干組成系統(tǒng)的大規(guī)模整合，這些組成系統(tǒng)具有多樣性和異質(zhì)性的特點，并可以獨立自主地運(yùn)行，為某個共同目標(biāo)而協(xié)同工作一段時間，實現(xiàn)了任何單個組成系統(tǒng)都不具備的整體功能。

三、系統(tǒng)系的特征

系統(tǒng)是由相互作用的要素構(gòu)成。按照這種構(gòu)成方法，系統(tǒng)系就是由相互作用的系統(tǒng)構(gòu)成。在系統(tǒng)系中，這種系統(tǒng)成為組件系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)系具有與系統(tǒng)不同的特征。Maier等（1998，2002）[11-12]提出了系統(tǒng)系的五個主要特征：

（1）運(yùn)行獨立性。如果系統(tǒng)系被分解到組成系統(tǒng)，組件系統(tǒng)必須能夠有效地獨立運(yùn)行。系統(tǒng)系是由按照自己目標(biāo)和分別地獨立運(yùn)行的系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）管理獨立性。組件系統(tǒng)不僅可以獨立操作，而且獨立地管理。每個組件系統(tǒng)分別和單獨地加入系統(tǒng)系，再實現(xiàn)整合。但組件系統(tǒng)仍維持持續(xù)運(yùn)行，并不受系統(tǒng)系的控制。

（3）進(jìn)化發(fā)展。系統(tǒng)系無法徹底地形成。它的發(fā)展和存在是一個進(jìn)化過程，其功能和意圖不斷地添加、刪除功能調(diào)整。

（4）涌現(xiàn)行為。系統(tǒng)所執(zhí)行功能和達(dá)到的目的，無法被任何組件單獨地承擔(dān)。這些行為是對整個系統(tǒng)，這些行為是整個系統(tǒng)系的涌現(xiàn)特性，并且不能產(chǎn)生于任何組件系統(tǒng)。系統(tǒng)系的主要目就是實現(xiàn)涌現(xiàn)行為。

（5）地理分布。組件系統(tǒng)在地理范圍上分布很廣。由于通訊能力的提高，范圍很大是個模糊和相對的概念，但是至少它意味著，不同組件可以很容易地只交換大量的信息，而不是指交互大量實實在在的物質(zhì)或能量。

Sage，et. al.，（2001）[13]認(rèn)為，當(dāng)上述五個特征中的大多數(shù)出現(xiàn)時，SOS就存在了。換句話說，系統(tǒng)系并必須同時具備上述五個特征，但是被表現(xiàn)出的五個特征越多，越可能是系統(tǒng)系。

一般地，不同要素系統(tǒng)具有異質(zhì)性。更重要的是，進(jìn)化特征表示各個系統(tǒng)不是自始至終地在一起工作（互操作）?；ゲ僮餍员砻饕叵到y(tǒng)之間能夠協(xié)同工作。雖然這系統(tǒng)系最初是指（電腦）系統(tǒng)能夠交流和使用信息，如今要素系統(tǒng)已經(jīng)包括物理、軟件、人力和組織成分。因此，互操作性必須在多個層面有效，比如物理、句法、語義、流程和政策層面。這帶來顯著的挑戰(zhàn)，特別是在較高的水平而明確的定義幾乎是不可能的。事實上，互操作性的頻譜特性，因為許多研究重點的一個方面。 Maier3強(qiáng)調(diào)，區(qū)分遺族從單一系統(tǒng)的運(yùn)作和管理的獨立性特征。遺族會出現(xiàn)在許多不同的尺度，但已被使用的控制范圍內(nèi)遺族在任何級別的性質(zhì)來定義某些類型的技能訓(xùn)練。這是不可能的任何特定遺族會完全適合如下所述的四種類型之一的描述，但是，這將主要呈現(xiàn)的一種類型的行為。這四種類型已經(jīng)定義了采集社會AS4 ：endprint

四、系統(tǒng)系類型

系統(tǒng)系可以采取不同的形式。根據(jù)系統(tǒng)系內(nèi)部控制性質(zhì)，系統(tǒng)系有四種類型。[14]，[15]

（1）控制型。系統(tǒng)系是為達(dá)到特定目標(biāo)而創(chuàng)建和管理的，并且組件系統(tǒng)服從系統(tǒng)系的管理。但是組件系統(tǒng)保持獨立運(yùn)作的能力，但是它們正常操作模式服從于中央管理的目的。這種類型的系統(tǒng)系有嚴(yán)格的界定。這種系統(tǒng)系最理想的實現(xiàn)條件是，擁有權(quán)力機(jī)構(gòu)、共同標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的單一組織。

（2）公認(rèn)型。系統(tǒng)系有共同認(rèn)可的目標(biāo)，指派的管理者和自己支配的資源，但是組件系統(tǒng)保持其獨立的所有權(quán)、目標(biāo)、資金、開發(fā)和維持方法。系統(tǒng)的改變是依據(jù)系統(tǒng)系和組件系統(tǒng)之間的合作協(xié)議。這種類型的系統(tǒng)系最適合的情境是，各個組件系統(tǒng)的所有權(quán)屬于不同組織。但是在它們當(dāng)中，有一個占支配地位的組織，它承擔(dān)領(lǐng)導(dǎo)角色。

（3）協(xié)作型。組件系統(tǒng)的交互，或多或少，自動地服務(wù)于所約定的中心目標(biāo)。中央管理者集體決策如何提供或拒絕服務(wù)，從而提供一些強(qiáng)迫執(zhí)行和維護(hù)的手段。這種系統(tǒng)系最適合的環(huán)境是：組件系統(tǒng)的所有權(quán)屬于不同的組織，所有組織地位平等，沒有主導(dǎo)型組織。

（4）虛擬型。系統(tǒng)系沒有中央管理機(jī)構(gòu)和協(xié)商一致的系統(tǒng)系目標(biāo)。大規(guī)模的行為涌現(xiàn)，可能是所期盼的，但這種類型的系統(tǒng)系必須依靠相對無形的機(jī)制來維護(hù)它。萬維網(wǎng)就是一種虛擬系統(tǒng)系。

需要注意的是，系統(tǒng)系有不同的分類方法。單個系統(tǒng)可能分別地或同時地屬于不止一類的系統(tǒng)系。

上述系統(tǒng)系的類型提供了一個分析框架，一是按照系統(tǒng)系性能來源分析系統(tǒng)系，二是分析系統(tǒng)系和系統(tǒng)兩者與利益相關(guān)者之間關(guān)系。

五、系統(tǒng)系、系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)的比較

1. 系統(tǒng)系與系統(tǒng)的比較

系統(tǒng)是由相互作用相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的，具有特定功能的有機(jī)整體，而且這個有機(jī)整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分?；蛘?，系統(tǒng)是相互聯(lián)系相互作用的諸元素的綜合體。這個定義強(qiáng)調(diào)元素間的相互作用以及系統(tǒng)對元素的整合作用。

系統(tǒng)和系統(tǒng)系的區(qū)別在于組成。它們兩者都符合定義“由部分和關(guān)系組成，整體大于各部分之和”。從這個意義上講，它們是相同的。但是，它們的運(yùn)行基本原理意義上有區(qū)別。原理影響它們的結(jié)構(gòu)、行為與實現(xiàn)，而區(qū)別來自各個部分和關(guān)系聚集在一起，并在整體上產(chǎn)生涌現(xiàn)的行為方式。系統(tǒng)系的內(nèi)涵要比系統(tǒng)豐富的多。系統(tǒng)系比系統(tǒng)能處理更復(fù)雜的問題。

系統(tǒng)系的內(nèi)涵要比系統(tǒng)豐富的多。系統(tǒng)系比系統(tǒng)能處理更復(fù)雜的問題。基于文獻(xiàn)研究，二者的比較列在表1中。

2. 系統(tǒng)系與復(fù)合系統(tǒng)比較

在經(jīng)典物理學(xué)中，復(fù)合系統(tǒng)（Composite Systems or compound systems）能被分解成它的子系統(tǒng)；并且反過來，各個子系統(tǒng)可以結(jié)合起來，得到整體的復(fù)合系統(tǒng)。經(jīng)典的整體系統(tǒng)完全可以按照諸多子系統(tǒng)及其相互動態(tài)相互作用的狀態(tài)來描述。

3. 系統(tǒng)工程與系統(tǒng)系工程的比較

系統(tǒng)工程是指用定量和定性相結(jié)合的系統(tǒng)思想和方法處理大型復(fù)雜系統(tǒng)問題的一類工程實踐，無論是系統(tǒng)的設(shè)計或組織建立，還是系統(tǒng)的經(jīng)營管理。

系統(tǒng)系工程包括系統(tǒng)系的設(shè)計、分析和轉(zhuǎn)換為期待的產(chǎn)出。系統(tǒng)系工程（SOSE）關(guān)注系統(tǒng)群的組成，通過多系統(tǒng)的成功互操作來實現(xiàn)預(yù)期的商業(yè)或社會目標(biāo)。系統(tǒng)系工程（SOS）的構(gòu)成種類繁多，從相互連接傳感器的小型集合，通過電源、存儲和調(diào)解裝置構(gòu)成的微型電網(wǎng)，到鐵路、公路、航空網(wǎng)絡(luò)的整個運(yùn)輸系統(tǒng)。事實上，在任何復(fù)雜系統(tǒng)中，包含一個以上的個體和可行系統(tǒng)，與一個或多個其他系統(tǒng)進(jìn)行互操作，以實現(xiàn)不能由單個系統(tǒng)單獨操作來實現(xiàn)的效果，這樣運(yùn)作活動可劃分系統(tǒng)系工程。

六、系統(tǒng)系的社會化趨勢

由于系統(tǒng)系工程總是包括人和社會技術(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)系所面對的諸多挑戰(zhàn)來自人、文化和信息等方面。[16]一般情況下，SOSE需要考慮超出與工程相關(guān)的傳統(tǒng)內(nèi)容，拓展到包括社會技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的內(nèi)容。由此可見，系統(tǒng)系不僅可以是單純的大規(guī)模技術(shù)系統(tǒng)，而且還可以是復(fù)雜的社會技術(shù)系統(tǒng)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Hermann Kopetz. System of Systems Challenges[A]. Computer Safety，Reliability，and Security[C]. 29th International Conference， SAFECOMP 2010 Vienna，Austria，September 14-17，2010 Proceedings，2010： 480.

[2] X. F. Hu， B. Zhang.SoS complexity and SoS engineering[J].Journal of CAE IT，2011，6：446-450.

[3] W. M. Zhang， Z. Liu， and D. S. Yang， et aI..Theory and methodology for system of systems engineering[M]. Beijing， China： Science Press，2010.

[4] Kaplan， J.M. A New Conceptual Framwork for NetcETRIC enterise-Wide System of Systems Engineering[Z]. Center for Technology and National Security Policy，National Defense University， 2006.

[5] Manthorpe， W.H. The Emerging Joint System of Systems：A Systems Engineering Challenge and Opportunity for APL[J]. John Hopkins APL Technical Digest， 1996，17（3）：305-310.endprint

[6] Maier，M.W. Architecting Principles for System of Systems[J]. Systems Engineering，1998，1（4）：267-284.

[7] Carlock，P.G. and R.E. Fenton，System of Systems （SoS） Enterprise Systems for Information-Intensive Organizations[J]. Systems Engineering， 2001，4（4）：242-261.

[8] Pei，R.S.，Systems of Systems Integration （SoS1）-A Smart Way of Acquiring Army C412WS Systems[C].Proceedings of the Summer Computer Simulation Conference， 2000：134-139.

[9] M. Jamshidi，. System of Systems Engineering –Innovations for the 21st Century[Z]. Wiley Series in Systems Engineering，2008 John Wiley & Sons， Inc，2008.

[10] Jamshidi，M.， Ed. System of systems engineering-innovations for the 21st century[Z].J. Wiley & Sons，2009：2.

[11] Maier， M.， and Rechtin， E..The Art of Systems Architecting[M].2nd Ed，CRC Press，2002.

[12] Maier， M..Architecting Principles for Systems-of-Systems[J].Systems Engineering，1998，1：267- 284.

[13] Sage，A.P.，and Cuppan，C.D..On the Systems Engineering and Management of System-of-Systems and Federations of Systems[J].Information，Knowledge，Systems Management，2001，2（4）： 325-345.

[14] Maier，M..Architecting Principles for Systems-of-Systems[J].Systems Engineering，1998，1：267- 284.

[15] Dahmann，J.，and K. Baldwin. Understanding the Current State of US Defense Systems of Systems and the Implications for Systems Engineering[C]. Paper presented at IEEE Systems Conference，7-10 April， Montreal， Canada， 2008.

[16] Neaga，E.I.，M.J.d. Henshaw，and Y. Yue. The influence of the concept of capability-based management on the development of the systems engineering discipline[C]. Proceedings of the 7th Annual Conference on Systems Engineering Research， 20th - 23rd April 2009，Loughborough University，UK. 2009.endprint